摘要
由于近几十年来抗生素的广泛应用以及在废水处理工艺中的不完全去除导致在废水中检测到的抗生素种类和浓度逐渐增加，磺胺类、大环内酯类等抗生素成为污水中普遍存在的抗生素类型。抗生素的存在也对传统生物处理工艺有较高的要求，普通活性污泥需要经过较长的抗生素驯化才能用于抗生素废水处理。好氧颗粒污泥(AGS)是活性污泥聚集形成具有球状结构的颗粒。由于其特殊的球状结构以及高生物量在市政废水和多种类型的工业废水处理等领域被广泛应用。 考虑到目前实际市政废水中会有微克级别抗生素的存在，本论文设置三组序批式活性污泥反应器(SBR)R0、R1、R2，设定在磺胺嘧啶(SD)浓度为0ppb，10ppb，1000ppb压力下驯化培养好氧颗粒污泥，探究抗生素对于颗粒化进程、酰基高丝氨酸内酯(AHLs)介导的群体感应、抗生素抗性基因(ARGs)以及群落结构的影响;并将驯化培养得到的AGS用于处理高浓度抗生素废水，探究这一培养方法对于难降解抗生素废水的处理效果。实验结果如下: (1)在污泥快速颗粒化时期，较低浓度的SD(10ppb)的存在加速形成了更加致密的颗粒。三组反应器分别在10天(R1，SVI30为38mL/g，粒径258μm)，20天(R0，SVI30为29mL/g，粒径259μm)，25天(R2，SVI30为47mL/g，粒径321μm)时形成颗粒，最终颗粒密度分别为R0(19.4g·VSS/L)，R1(29.7g·VSS/L)，R2(21.6g·VSS/L)。另一方面，持续存在的SD压力改变了微生物群落结构，更高浓度抗生素存在时胞外聚合物(EPS)产生者与AHLs产生者丰度增加，同时也导致了EPS和EPS中AHLs的浓度更高。SD的存在增加了对应的ARGs富集，包括sul1和sul2。除了磺胺类抗性基因富集外，RND外排泵基因（adeF，mexD，amrB等）也得到富集，这也导致了抗性机制类型从抗生素灭活(antibiotic inactivation)向抗生素取代(antibiotic replacement)和抗生素外排（antibiotic efflux）的转变。网络相关性分析表明，属于3个门中的19个细菌菌属可能是15个ARGs的潜在宿主。此外，我们还发现QS与微生物群落以及ARGs密切相关，Azoarcus、Burkholderia、Pseudomonas，它们不仅是可能的AHLs的产生者，也是ARGs潜在宿主。Gemmobacter和Leadbetterella被发现与胞内C12-HSL呈相关性，也被认为是adeF和mexD的潜在携带者。 (2)低浓度抗生素存下（10ppb）驯化培养到的成熟颗粒污泥在处理模拟高浓度混合抗生素废水(SD10mg/L，TMP10mg/L，ERY10mg/L)时，COD去除效果良好，能够保持在80-85％;NH4+-N去除率在30天之后能达到60％。在运行结束时对于SD、TMP（甲氧苄氨嘧啶）去除率达到95％,红霉素(ERY)的去除率在70％。颗粒在运行过程中虽有破碎现象，但仍以颗粒为主体，沉降性能良好，说明驯化得到的颗粒污泥能在高浓度抗生素废水中稳定运行;通过与空白对照组反应器对比发现，高浓度的抗生素会抑制微生物分泌EPS。磺胺类抗性基因(sul1增加9倍，sul2增加45倍)，红霉素抗性基因（ermB）增加了6倍;在处理模拟抗生素废水的反应器出水中抗性细菌数量远远高于对照组，这也警示在实际应用时，虽然好氧颗粒能用于处理抗生素废水，但出水应该引起重视。
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