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作者：

王春艳

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摘要：

生物脱氮是废水处理的重要环节,硝化微生物缓慢的生长速率以及对环境的高度敏感性导致硝化作用成为污水氮素去除的限速步骤.前期对不同抗生素生产废水系统进行氨氧化微生物调查表明,废水中高浓度的螺旋霉素能够促进氨氧化古菌相对丰度的提高.因此,长期暴露条件下,不同作用机制的抗生素对硝化微生物影响的系统性研究,具有重要意义.本论文首先在实验室采用摇瓶实验的方式,通过280天的运行,考察不同作用机制的抗生素(链霉素,土霉素,螺旋霉素,氨苄青霉素)在不同浓度梯度下,对硝化系统的处理效果,微生态以及抗性基因的影响.同时对交替生产氨基糖苷类(核糖/巴龙),大环内脂类(螺旋霉素)抗生素的某药厂废水处理系统进行长周期氨氧化微生物进行定量追踪及抗性基因的种类和丰度调查.最后针对该厂实际废水特点,构建复合酵母菌群预处理平台,优化运行参数,评价处理效果.本论文取得以下主要成果: (1)不同作用机制的抗生素对硝化系统处理效果的影响不同.其中链霉素对亚硝酸盐氧化过程抑制明显,25 mg/L阶段亚硝酸盐氮最高累积量达78 mg/L;高浓度土霉素对氨氧化过程影响显著,氨氮去除率降低至69%.针对这两个影响显著的体系进行微生物群落结构分析,发现Nitrosomonas europaea是两个体系的优势氨氧化细菌,与对照体系(Nitrosomonas unclassified)差异显著.随着链霉素浓度的升高,该体系中的硝化菌出现Nitrospira与Nitrobacter更替,而土霉素与对照体系一致,仅检出丰度极高的Nitrospira.氨氧化微生物的qPCR结果显示,链霉素,氨苄青霉素体系在25 mg/L阶段检出氨氧化古菌amoA基因,50 mg/L迅速增长2个数量级,螺旋霉素在此阶段开始有检出.表明抗生素能够促进氨氧化古菌的出现和生长,但达到一定丰度需要一个长期驯化过程.链霉素,土霉素体系在50 mg/L阶段抗性基因(ARGs)总丰度显著增加,统计分析结果显示两体系ARGs与氨氧化细菌amoA基因的相对丰度均呈显著正相关性(p (2)针对氨基糖苷(巴龙霉素/核糖霉素),大环内酯类(螺旋霉素)抗生素交替生产的废水处理系统,利用qPCR,高通量定量PCR(HT-qPCR)等技术对氨氧化微生物进行长周期定量追踪及抗性基因的种类和丰度调查.发现氨基糖苷类抗性基因相对丰度明显高于大环内脂类,好氧污泥高于厌氧污泥,但并未见某种抗生素压力下该类型抗性基因的明显增长.最初运行阶段,Arch-amoA基因未出,随着抗生素压力的持续作用,Arch-amoA基因相对丰度逐渐升高.调查结果再次证实,螺旋霉素,氨基糖苷等抗生素能够促进氨氧化古菌的产生和增长,对氨氧化微生物群落结构产生比较显著影响. (3)针对油污染严重的发酵类抗生素生产废水特征,酵母菌为主体的活性污泥预处理系统被构建.通过小试试验优化操作参数后,该技术在无锡某制药厂进行了日处理量80m3抗生素废水处理工程应用.该预处理系统能够去除大部分油,明显促进菌渣与废水固液分离.采用定量PCR与克隆文库的方法对酵母菌进行追踪,结果表明酵母菌定植成功且体系中细菌污染较少.这项研究表明真菌在抗生素生产废水处理中的应用潜力.

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关键词：

抗生素 硝化作用 氨氧化菌 酵母菌预处理

年份：

2016