强化人工湿地中微生物对典型PPCPs的降解研究

强化人工湿地中微生物对典型PPCPs的降解研究

论文摘要

近年来,由于药品及个人护理品(PPCPs)的大量使用,在我国河流、湖泊等自然水体中广泛存在,其含量处于ng/Lμg/L。虽然PPCPs在水环境中含量较低,但是由于传统污水处理厂对此类污染物的去除效果有限,使得PPCPs随着污水厂尾水持续性的进入水环境当中,在水环境中积累呈现出一种“伪持久性”现象,而人或动物长期暴露于含有PPCPs的水环境当中会对人或动物的健康产生潜在威胁,人工湿地作为一种生态的污水处理措施,现有研究表明其对大部分PPCPs具有良好的去除效果。由于城市快速发展,国内城市水资源越来越紧缺,为了响应海绵城市的建设,通过人工湿地净化雨水径流,以达到雨水回用的目的,但是由于雨水对城市道路以及农田土壤的冲刷,会导致雨水径流中存在各种污染物,其中PPCPs也会随着雨水冲刷进入雨水径流当中,在人工湿地净化雨水径流时需要关注人工湿地对PPCPs去除效果。本文选取两种典型磺胺类抗生素磺胺甲恶唑(SMX)和磺胺嘧啶(SDZ)以及一种喹诺酮类抗生素环丙沙星(CIP)作为目标PPCPs,以研究水平潜流人工湿地处理雨水径流中的PPCPs效果,并通过富集、驯化、纯化以及鉴定获取三种PPCPs降解菌,以筛选出的降解菌进行优化构建复合菌群,对人工湿地中微生物进行生物强化提升降解PPCPs效果。并探究复合菌群强化人工湿地去除PPCPs原理,以期能够为实际工程中应用生物强化人工湿地去除雨水径流中PPCPs提供参考。本文主要研究内容如下:(1)通过人工配水模拟北京市雨水径流水质作为人工湿地进水启动人工湿地,其中SMX、SDZ以及CIP三种PPCPs浓度为100μg/L。人工湿地运行45d后各项污染物去除效果稳定,对SMX、SDZ以及CIP去除效果分别为74.24%、64.70%以及51.53%。在运行稳定的人工湿地表层510cm处取基质,通过富集、驯化、纯化以及筛分获得6株PPCPs降解菌,命名为J-2J-7,其中J-2与J-5为SMX降解菌,J-3与J-6为SDZ降解菌,J-4为CIP降解菌,而J-7对SDZ以及CIP均有良好降解效果。通过6株降解菌的形态特征以及其中生理生化特征,初步鉴定J-4以及J-7为变形菌属(Proteus),J-2与J-5为假单胞菌属(Pseudomonas),J-3与J-6为芽孢杆菌属(Bacillus)。(2)通过微生物拮抗实验产生的抗菌环直径大小来确定降解同种PPCPs降解组合,发现当以J-2与J-5组合作为降解SMX混合菌、J-3、J-6与J-7组合作为降解SDZ混合菌以及J-4与J-7组合作为降解CIP混合菌时,抗菌环最小。并将三种混合菌通过不同比例复配构建复合菌群,在SMX混合菌:SDZ混合菌:CIP混合菌比例为2:1:1时,复合菌群对三种PPCPs去除效果最佳,并控制不同p H、温度以及接种量探究复合菌群最佳降解条件,发现在p H=7、温度为35℃以及接种量为1.5%时,复合菌群对三种PPCPs降解效果达到最大,SMX、SDZ以及CIP降解率分别为67.4%、47.6%以及50.8%。(3)以最佳接种量1.5%,投加复合菌群进入2#人工湿地,经过复合菌群强化后的2#人工湿地在HRT=48h时,对SMX、SDZ以及CIP去除率分别提升了8.88%、3.88%以及6.68%,通过控制不同人工湿地HRT=12h、24h、36h以及48h,发现2#人工湿地对SMX以及SDZ降解效果先增大后减少,在36h时降解效果达到最大,对SMX以及SDZ去除率别为86.34%和76.36%。CIP去除效果随着人工湿地HRT增大逐渐升高,在48h时具有最大去除率57.72%,在此HRT下,人工湿地对SMX以及SDZ去除率分别下降了6.71%以及9.70%,而且还导致人工湿地日污水处理量下降。当HRT由48h缩短至36h,虽然使得CIP去除率下降,但仅下降了2.38%,综合考虑水力停留时间对去除率以及日污水处理量的影响,最终确定最佳HRT=36h。(4)经过复合菌群强化后2#人工湿地中细菌、真菌以及放线菌数量以及土壤酶活性出现了显著变化,人工湿地中上层、中层以及下层中细菌数量均提升了12个数量级,放线菌数量最大提升了1.08、1.06以及1.87倍,真菌数量逐渐减少,表明人工湿地逐渐由真菌性湿地转化为细菌型湿地,处理效果得到改善,在上层、中层以及下层中分别减少了36.18%、13.60%以及10.14%。POD、DHA、PPO以及UR活性也得到明显提升,在上层基质中均表现出最为显著提升效果。在上层基质3个取样位置中POD活性分别提升了100.0%、75.0%以及64.0%,DHA活性分别提升了100.0%、84.0%以及96.8%,PPO活性分别提升了207.1%、166.7%以及139.4%,UR活性分别提升了38.14%、33.38%以及36.77%。表明复合菌群投加到人工湿地后,主要提升了上层基质中微生物活性。(5)通过相关关系分析,发现细菌数量变化均对SMX、SDZ以及CIP降解有着显著影响,而真菌数量以及放线菌数量变化与SMX和SDZ去除率变化之间没有显著联系,而真菌数量变化与CIP有着较弱的负相关关系。SMX去除率变化与POD活性以及UR活性变化呈现出显著的正相关关系,SDZ去除率变化与POD活性变化量呈现显著正相关关系,而UR以及PPO活性均对CIP降解有着正相关关系。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 雨水径流中的PPCPS及其生态环境影响
  •     1.1.1 环境中PPCPs来源
  •     1.1.2 雨水径流中的PPCPs赋存状况
  •     1.1.3 PPCPs的生态与健康影响
  •   1.2 人工湿地系统降解PPCPS的研究
  •     1.2.1 人工湿地的类型
  •     1.2.2 人工湿地降解PPCPs的机理
  •     1.2.3 人工湿地降解PPCPs的优势
  •   1.3 生物强化在人工湿地系统中的应用
  •     1.3.1 生物强化人工湿地的主要技术方法
  •     1.3.2 生物强化人工湿地降解能力的应用研究
  •   1.4 研究目的与意义
  •   1.5 研究内容
  • 第2章 实验材料与方法
  •   2.1 实验材料
  •     2.1.1 目标污染物及实验装置
  •     2.1.2 实验仪器
  •     2.1.3 实验药品
  •   2.2 PPCPS检测方法
  •   2.3 微生物计数以及土壤酶活性测定方法
  •   2.4 PPCPs降解菌富集筛分及鉴定实验
  •     2.4.1 人工湿地挂膜启动
  •     2.4.2 PPCPs降解菌富集
  •     2.4.3 PPCPs降解菌驯化与分离
  •     2.4.4 PPCPs降解菌筛选与鉴定
  •   2.5 PPCPS降解菌降解特性
  •   2.6 PPCPs降解菌拮抗实验
  •   2.7 PPCPs降解菌复合菌群构建优化实验
  •   2.8 最佳复合菌群比例分析方法
  • 第3章 典型PPCPS降解菌的筛分鉴定以及降解特性研究
  •   3.1 人工湿地挂膜启动
  •     3.1.1 人工湿地对常规污染物去除效果
  •     3.1.2 人工湿地进水与出水参数变化
  •     3.1.3 人工湿地不同位置对PPCPs去除效果
  •   3.2 典型PPCPS降解菌获取
  •     3.2.1 典型PPCPs降解菌富集
  •     3.2.2 典型PPCPs降解菌的驯化
  •     3.2.3 典型PPCPs降解菌纯化与筛选
  •   3.3 典型PPCPS降解菌的鉴定
  •     3.3.1 降解菌形态特征
  •     3.3.2 降解菌生理生化特性
  •   3.4 典型PPCPS降解菌的降解特性研究
  •     3.4.1 降解菌降解动力学研究
  •     3.4.2 pH对降解菌降解活性影响
  •     3.4.3 温度对降解菌降解活性的影响
  •     3.4.4 初始PPCPs浓度对降解菌活性的影响
  •   3.5 本章总结
  • 第4章 复合菌群构建与优化
  •   4.1 复合菌群构建
  •     4.1.1 构成复合菌群的菌种类型确定
  •     4.1.2 不同复合菌群构建比例降解效果
  •     4.1.3 最佳复合菌群构建比例
  •   4.2 复合菌群降解条件优化
  •     4.2.1 pH对复合菌群降解效果的影响
  •     4.2.2 温度对复合菌群降解效果的影响
  •     4.2.3 接种量对复合菌群降解效果的影响
  •     4.2.4 最优复合菌群降解条件确定
  •   4.3 本章总结
  • 第五章 复合菌群对人工湿地强化效果研究
  •   5.1 水力停留时间对人工湿地去除PPCPS效果的影响
  •     5.1.1 不同水力停留时间下SMX去除规律
  •     5.1.2 不同水力停留时间下SDZ去除规律
  •     5.1.3 不同水力停留时间下CIP去除规律
  •   5.2 复合菌群强化人工湿地沿程去除效果
  •     5.2.1 人工湿地对SMX的沿程去除
  •     5.2.2 人工湿地对SDZ的沿程去除
  •     5.2.3 人工湿地对CIP的沿程去除
  •   5.3 人工湿地微生物数量以及土壤酶活性变化
  •     5.3.1 人工湿地微生物数量与分布变化规律
  •     5.3.2 人工湿地土壤酶活性变化规律
  •     5.3.3 人工湿地微生物强化降解PPCPs原因分析
  •   5.4 本章总结
  • 结论
  • 参考文献
  • 发表论文和科研情况说明
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 叶桂洪

    导师: 杨海燕,马福利

    关键词: 水平潜流人工湿地,复合菌群,微生物强化,土壤酶活性

    来源: 北京建筑大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

    单位: 北京建筑大学

    分类号: X703;X172

    总页数: 95

    文件大小: 3300K

    下载量: 367

    相关论文文献

    • [1].基于胁迫影响的人工湿地植物筛选研究进展[J]. 生态科学 2019(06)
    • [2].新型人工湿地轻型两栖式多功能工作机研发现状[J]. 人民长江 2019(S2)
    • [3].人工湿地的绿色结构设计初探[J]. 城市道桥与防洪 2019(11)
    • [4].河北廊坊龙河人工湿地工程[J]. 湿地科学与管理 2019(04)
    • [5].庭院人工湿地在农村污水处理中的应用及前景[J]. 水处理技术 2020(04)
    • [6].关于宁夏某人工湿地方案的思考与探讨[J]. 市政技术 2020(02)
    • [7].典型城市人工湿地优势植物汞分布特征[J]. 环境化学 2020(04)
    • [8].复合型人工湿地在河流治理中的应用[J]. 安徽农业科学 2020(11)
    • [9].复合型人工湿地对水质的净化效果评估[J]. 山东农业大学学报(自然科学版) 2020(04)
    • [10].城市人工湿地建设探究 以上海市为例[J]. 当代县域经济 2019(01)
    • [11].人工湿地在应用中存在的问题及解决措施[J]. 住宅与房地产 2019(03)
    • [12].城市人工湿地的创新改造与功能拓展研究[J]. 美与时代(城市版) 2019(01)
    • [13].人工湿地存在问题与发展路径分析[J]. 南方农机 2019(07)
    • [14].人工湿地氮去除途径及提高方法研究进展[J]. 绿色科技 2019(10)
    • [15].国内各地区人工湿地相关规范/规程对比分析[J]. 中国给水排水 2019(08)
    • [16].不同类型人工湿地在污水脱氮中的研究进展[J]. 工业水处理 2019(07)
    • [17].人工湿地对沙湖水的净化实验研究[J]. 广东化工 2019(13)
    • [18].人工湿地在污水处理中的研究现状与应用[J]. 清洗世界 2019(10)
    • [19].人工湿地研究现状与展望[J]. 湖泊科学 2019(06)
    • [20].人工湿地植物对废水中重金属的处理机制分析[J]. 绿色科技 2019(20)
    • [21].人工湿地树木配置与管理要点[J]. 农业与技术 2019(21)
    • [22].植物收割对人工湿地中污染物去除的长期影响[J]. 水处理技术 2019(11)
    • [23].人工湿地生态修复技术标准研究[J]. 中国标准化 2017(24)
    • [24].应用人工湿地治理污水的植物选择[J]. 吉林蔬菜 2018(Z1)
    • [25].复合人工湿地在水处理中的应用进展[J]. 环境科学与技术 2018(01)
    • [26].南昌市人工湿地植物的选择与应用[J]. 现代园艺 2018(06)
    • [27].人工湿地保护利用中存在的问题及解决措施[J]. 吉林农业 2018(12)
    • [28].人工湿地植物的选择与配置[J]. 现代农业科技 2018(21)
    • [29].人工湿地组合系统在污染水体治理中的应用[J]. 低碳世界 2016(32)
    • [30].宁波慈溪人工湿地成治污利器[J]. 湿地科学与管理 2017(02)

    标签:;  ;  ;  ;  

    强化人工湿地中微生物对典型PPCPs的降解研究
    下载Doc文档

    猜你喜欢