三氯卡班在反硝化系统中的行为机制及其对反硝化微生物的影响

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三氯卡班(Triclocarban,TCC)作为一种高效抗菌剂,属于个人药品及护理品的一种,被越来越多地用于生产和生活中,广泛使用已导致其大量释放到环境中,TCC的归趋及其对微生物的潜在影响引起了越来越多的关注。TCC排放后不可避免地进入到污水处理厂并且与生化过程中的微生物接触,但是关于三氯卡班和污水处理系统中的关键微生物之间的关系的研究较少。作为废水处理中的重要微生物群落,反硝化微生物可能会去除TCC,同时会受到TCC的影响。但是,TCC在反硝化微生物的命运及其对反硝化菌的影响仍然未知。
  本研究采用实验室驯化的反硝化污泥进行实验,通过反硝化反应器的长期运行试验和批次试验来分析TCC在反硝化反应器中的去除及其机理,以及TCC对反硝化系统的影响。并采用高通量测序的方法对反硝化微生物的多样性和组成进行分析,主要结论有几下几点:
  (1)实验结果表明,当TCC浓度在1~20mg/L范围内时,通过反应器稳定运行,污泥反硝化过程可去除71.2%~79.4%的废水TCC。
  (2)质量平衡分析表明,TCC的去除主要是吸附而不是生物降解,吸附等温线分析表明不均匀的多层吸附是去除的主要方式,羟基,酰胺和多糖是可能的吸附位点。
  (2)短期暴露后反硝化微生物的物理化学性质未受影响,但长期暴露于TCC增加了污泥沉降指数和毛细吸水时间,恶化絮凝性和疏水性。实验结果还表明短期暴露于TCC中不影响反硝化效率,在长期运行中,TCC会严重影响反硝化性能,其中20mg/L的TCC存在会使反硝化效率降低70%。
  (3)机理研究表明,长期接触TCC会导致反硝化污泥胞外聚合物(尤其是蛋白质)增加,反硝化菌活性下降。通过高通量测序的进一步分析表明,TCC降低了微生物群落的多样性和丰富性,并降低了典型的反硝化菌属的含量,例如Hyphomicrobium,Parococcus,Saprospiraceae和unclassified-f-Rhodocyclaceae。冗余分析表明,TCC抑制了以上几种主要反硝化功能菌并且对反硝化性能起到抑制作用。
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