活性污泥法处理磺胺二甲嘧啶类和含铅废水的微生物机理研究

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本文研究了活性污泥法处理磺胺二甲嘧啶废水中微生物群落的演变和活性污泥法处理含铅废水中微生物群落的演变和抗性。抗生素是在水生环境中受研究者关注的主要新兴污染物种类,其中磺胺二甲嘧啶(SMT)作为一种典型的磺胺类药物,可稳定地存在于环境中,并逐渐在生物体内积累带来潜在的化学毒性,进而影响动植物的生长和发育。磺胺二甲嘧啶进入环境的原因是:磺胺二甲嘧啶通过口服给药,其中未代谢的磺胺二甲嘧啶通过粪便和尿液进入环境。本实验研究了在磺胺二甲嘧啶胁迫下,污染物的去除率、活性污泥中胞外聚合物的含量以及化学组成、利用16S rRNA测序技术分析微生物群落的演变情况。研究表明,COD和NH4+-N受磺胺二甲嘧啶的作用较低,均保持在90%以上,TN稳定在70%,TP维持在68%左右。在磺胺二甲嘧啶胁迫下,胞外聚合物的含量显著增加(p?<0.05),尤其是蛋白质含量。从第0天到第66天化学成分中增加了色氨酸样芳香蛋白。微生物群落结果分析显示,微生物群落结构变化较大。分类学组成表明,在门水平上Proteobacteria逐渐成为优势门,在属水平上,Acinetobacter和Meganema可以抵抗磺胺二甲嘧啶胁迫成为优势属。反硝化细菌和聚磷菌作为两种功能微生物主要能够有利于去除氮和磷。关联网络分析表明细菌之间存在正负相关性,进而影响氮和磷的去除。这些发现提高了对活性污泥中微生物群落的认识,为磺胺二甲嘧啶对活性污泥的影响提供理论背景。污染物中的铅离子不可降解,其毒性、生物累积性和环境持久性对环境构成严重威胁。随着铅在食物链中的积累,人类可能会摄入铅,并可能导致器官损害,神经系统疾病以及其他疾病。本实验在0-10 mg/L铅浓度下,研究几种水质指标(COD、NH4+-N、TN、TP)的去除率,胞外聚合物和微生物的演变抗性。并利用Q-PCR技术测定铅离子抗性基因pbrT的丰度变化,分析pbrT基因所在微生物群落的演变。研究表明,COD和TP受铅的抑制作用较小,而TN和NH4+-N明显受到铅的抑制作用。细菌分泌更多的蛋白质来吸附铅从而保护细菌免受铅的毒害。荧光光谱分析表明化学成分的种类没有发生变化,但腐殖酸样物质和酪氨酸样芳香蛋白的荧光强度增强。16S rRNA测序显示微生物群落在结构上发生变化,多样性和丰富度呈现下降趋势。随着铅浓度的提高,Proteobacteria和Patescibacteria为主要的优势门,Shinella和Propioniciclava成为优势属。功能菌群分析表明,半数的反硝化细菌,亚硝酸盐氧化细菌表现出减少的趋势,同时印证了较低的NH4+-N和TN的去除效率。pbrT基因Q-PCR结果显示高浓度的铅抑制该基因的表达。pbrT基因所在微生物群落结果显示Proteobacteria仍然是主要的抗性门,Sphingopyxis是主要的抗性属。以上发现丰富了活性污泥处理含铅废水的微生物知识体系,有利于含铅废水综合处理。
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