PAC强化MBR工艺去除污水中微量药物效能与微生物群落变化研究

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1、第40卷第9期水处理技术Vol.40No.92014年9月TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTSep.,201439PAC强化MBR工艺去除污水中微量药物效能与微生物群落变化研究樊慧菊，封莉，党岩，张立秋（北京林业大学，北京水体污染源控制技术重点实验室，北京100083）摘要：对比考察了粉末活性炭（PAC）强化膜生物反应器（MBR）工艺和单独MBR工艺对污水中酰胺咪嗪、萘普生、新诺明和双氯芬酸钠4种药物的去除效能，同时采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术对2种工艺中的微生物群落结构变化进行了分析。结果表明，与单独MBR工艺相比，PAC强化MBR工

2、艺对4种药物的去除效率分别提高了25%、17%、22%和16%。在反应的开始阶段，2种处理工艺中微生物的种类较为单一且差异较小；运行8个月以后，2种反应器中微生物的种类增加，主要为α-变形菌、β-变形菌、γ-变形菌、δ-变形菌、拟杆菌、鞘脂杆菌、杆菌和放线菌等，在PAC强化MBR反应器中还出现了新诺明降解菌等药物降解菌。由此可见，在MBR中投加PAC不仅能够通过吸附作用在较短时间内提高对污水中药物的去除效果，还有利于特异性药物降解微生物在反应器内衍生和积累，进一步提高了对药物的长期稳定去除效果。关键词：药物；膜生物反应器；粉末活性炭；微生物群落；PCR-DGGE中图分类号：X703.1

3、文献标识码：A文章编号：1000-3770(2014)09-0039-005具有环境激素效应、遗传毒性效应和生理生态度提高对药物的去除效率，特别是对于疏水性较强毒性效应的药物[1-3]作为一类“新型污染物”正在持的药物[16]。目前，对于PAC强化MBR工艺去除污水续不断的进入水体、土壤和大气等环境介质中，并成中药物的研究还相对较少，对此过程中微生物群落为新的研究焦点[4-5]。有研究发现，城市污水处理厂出结构变化情况的研究则更少。Serrano等采用了荧光水排放是药物向地表水环境暴露的主要来源[6-7]，城原位杂交的方法，对PAC强化MBR工艺去除药物市污水不同处理工艺对药物的去除效

4、果受到了广泛过程中的微生物群落结构进行了分析，但是该方法的研究和关注。对微生物群落结构的分析有一定的局限性，只能选不同国家和地区均有研究报道，给出了药物污择特定种类的探针，如α-变形菌门（ALF1b）、β-变染物在城市污水处理厂进水和出水中的检出情况，形菌门（BET42A）探针等[16]。其暴露浓度介于ng/L～μg/L之间[8-13]。在污水生物本研究将重点考察PAC强化MBR工艺对污处理过程中，不同种类药物的去除率差别也较大，如水中酰胺咪嗪（CBZ）、萘普生（NAP）、新诺明非甾体类抗炎药、激素类药物和咖啡因的去除率较（SMX）和双氯芬酸钠（Na-DCF）4种药物的去除高，可达72

5、%～100%，而抗癫痫类药物（如酰胺咪效果，并与单独MBR工艺进行对比。同时，对长期嗪）的去除率则相对较低，甚至有负去除率出现的运行过程中2种反应器内微生物群落结构的变化进情况[14]。行研究和分析。近年来有研究表明，MBR工艺对某些药物的去1实验部分除效果要优于传统的活性污泥工艺，但对于酰胺咪嗪这类难生物降解的药物却没有明显差异[15]。向1.1实验材料MBR反应器中投加粉末活性炭（PAC），可以大幅实验所用4种目标药物的纯度大于98%。目标收稿日期：2014-04-24基金项目：国家自然科学基金项目（51178046）；国家水专项课题（2013ZX07201007-003-01）作

6、者简介：樊慧菊（1985－），女，博士研究生，研究方向为水污染控制技术；电子邮件：yangchunfeixue319@126.com联系作者：张立秋，教授；电子邮件：zhangliqiu@163.com40水处理技术第40卷第9期药物标准储备液的质量浓度为1.0g/L，于-20℃中DGGE的分辨效果，在细菌前引物的5'端加入碱基冷藏防止其降解，基本理化性质见表1。GC夹。PCR的反应程序如下：预变性温度为94℃表1目标药物的基本物理化学性质保持5min，94℃下变性45s，退火温度为55℃保Tab.1Basicinformationandphysicochemicalpropertie

7、soffourpharmaceuticals持30s，进行25个循环，在72℃下延伸7min。经过药物相对分PCR扩增后，采用2%的琼脂糖电泳检测，80V电压化学分子式CAS号pKalogKow名称子质量下电泳30min。CBZ236C15H12N2O298-46-413.92.45Na-DCF318C14H10Cl2NNaO215307-86-54.150.70（3）DGGE分析方法：DGGE分析在D-code基NAP230C14H14O32