發(fā)布時(shí)間：2018-08-09 19:33

【摘要】：抗生素類廢水處理技術(shù)高能耗與低效率之間的矛盾是亟待解決的技術(shù)難題。目前被廣泛采用的高級(jí)氧化技術(shù)存在處理費(fèi)用高、礦化不完全的問(wèn)題。由于抗生素具有殺菌抑菌的特性,生物法不能單獨(dú)完成抗生素廢水的處理。工程上廣泛采用高級(jí)氧化法和生物降解聯(lián)合工藝進(jìn)行抗生素廢水處理,其中抗生素的氧化程度是該工藝高效低耗的關(guān)鍵調(diào)控因子。光催化氧化-生物降解直接耦合技術(shù)(VPCB)與上述傳統(tǒng)工藝相比,對(duì)抗生素廢水處理具有潛在優(yōu)勢(shì)。VPCB體系中,可生物降解的光催化中間產(chǎn)物能夠被微生物直接利用,避免了過(guò)度氧化并提高了礦化效率。然而,目前還鮮見(jiàn)VPCB技術(shù)用于降解抗生素類廢水的報(bào)道,其所涉及到的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題就是載體內(nèi)部的生物膜是否能維持活性并發(fā)揮生物降解功能。論文選擇鹽酸四環(huán)素(TCH)作為模式污染物,首先探討了VPCB對(duì)TCH降解的效能與機(jī)制。以多孔海綿為載體,以銀摻雜的二氧化鈦為光催化劑,以活性污泥為生物種源,成功的制備了光催化生物降解直接耦合復(fù)合載體。與單獨(dú)的光催化反應(yīng)(VPC)相比,VPCB對(duì)TCH的降解速率提高了10%。光催化反應(yīng)積累的駢四苯的大分子中間產(chǎn)物能夠被VPCB中的生物進(jìn)一步的降解。生物膜觀察和溶解性微生物代謝產(chǎn)物分析(SMPs)結(jié)果進(jìn)一步闡明VPCB載體內(nèi)部的生物膜未受到顯著傷害。VPCB中的生物群落結(jié)構(gòu)演替過(guò)程中,耐TCH的菌屬(Methylibium)、帶有TCH抗性基因的菌屬(Runella)、和降解芳香化合物及其衍生物的菌屬(Comamonas和Pseudomonas)豐度顯著增加。此外,VPCB對(duì)TCH的礦化效率較光催化氧化提高了23%�？梢�(jiàn),VPCB中生物降解對(duì)提高TCH降解速率和礦化效率起到了關(guān)鍵作用。采用外加醋酸鹽的手段,探討進(jìn)一步提高生物活性對(duì)VPCB中TCH降解的影響。外加NaAc后,生物膜中的活菌比例從56%提高至86%,生物膜活性顯著提高,VCPB對(duì)TCH的降解效率從90%提高至95%,降解速率常數(shù)提高了~40%,出水溶解性化學(xué)需氧量(SCOD)分別降低了5.2和16.1 mg/L。同時(shí),生物群落結(jié)構(gòu)演替并富集了Thauera、Pseudomonas、Runella等與TCH或其中間產(chǎn)物降解有關(guān)的菌屬,強(qiáng)化了TCH光催化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的降解。中間產(chǎn)物分析結(jié)果進(jìn)一步揭示投加NaAc后VPCB中產(chǎn)生的一些含π-π共軛體系的小分子中間產(chǎn)物能被微生物進(jìn)一步降解。這說(shuō)明基于外加電子供體的策略提高生物活性,不僅能夠強(qiáng)化光催化氧化作用,還能有效避免光催化中間產(chǎn)物的累積。論文首次探討了VPCB在抗生素類廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用,解析了典型抗生素TCH在VPCB中的降解行為和降解途徑,發(fā)現(xiàn)了生物降解在VPCB技術(shù)中的關(guān)鍵作用和自我調(diào)節(jié)機(jī)制,并提出了外加電子供體的策略進(jìn)一步提高TCH的降解效率和礦化效率。論文研究結(jié)果為抗生素廢水高效降解提供了新的思路。
[Abstract]:The contradiction between high energy consumption and low efficiency in antibiotic wastewater treatment is an urgent technical problem. The advanced oxidation technology, which is widely used, has the problems of high treatment cost and incomplete mineralization. Because of the bactericidal and bacteriostasis characteristics of antibiotics, the treatment of antibiotic wastewater can not be completed by biological method alone. The combination of advanced oxidation and biodegradation is widely used in the treatment of antibiotic wastewater. The oxidation degree of antibiotics is the key regulation factor of high efficiency and low consumption in this process. Photocatalytic Oxidation-Biodegradation Direct Coupling Technology (VPCB) has potential advantages in antibiotic wastewater treatment. Biodegradable photocatalytic intermediates can be directly utilized by microorganisms. Overoxidation is avoided and mineralization efficiency is improved. However, there are few reports on the application of VPCB technology in the degradation of antibiotic wastewater. The key scientific problem involved is whether the biofilm inside the carrier can maintain its activity and play a biodegradation function. In this paper, tetracycline hydrochloride (TCH) was selected as the model pollutant. Firstly, the effect and mechanism of VPCB on TCH degradation were discussed. Using porous sponge as carrier, silver doped titanium dioxide as photocatalyst and activated sludge as biological provenance, the photocatalytic direct coupling composite carrier for biodegradation was successfully prepared. Compared with the photocatalytic reaction (VPC), the degradation rate of TCH was increased by 10%. The macromolecular intermediates accumulated in photocatalytic reaction of tetrabenzenes can be further degraded by VPCB. Observation of biofilm and analysis of metabolites of dissolved microbes further clarified that biofilm in VPCB carrier had not been significantly damaged. The abundance of (Methylibium), (Methylibium), with TCH resistance gene, and Comamonas and Pseudomonas, which degrade aromatic compounds and their derivatives, increased significantly. In addition, the mineralization efficiency of TCH was increased by 23% than that by photocatalytic oxidation. Therefore, biodegradation plays a key role in improving the degradation rate and mineralization efficiency of TCH. The effect of increasing biological activity on the degradation of TCH in VPCB was studied by adding acetate. After adding NaAc, the proportion of living bacteria in the biofilm increased from 56% to 86%, the bioactivity of biofilm increased significantly from 90% to 95%, the degradation rate constant increased by 40%, and the dissolved chemical oxygen demand (SCOD) in the effluent decreased by 5.2 and 16.1 mg / L, respectively. At the same time, the biocommunity structure succession and enrichment of TCH and other bacteria related to the degradation of TCH or its intermediate products enhanced the degradation of intermediates produced by TCH photocatalysis. The results of intermediate product analysis further revealed that some small molecular intermediates containing 蟺-蟺 conjugated system produced in VPCB after adding NaAc could be further degraded by microorganisms. This indicates that the strategy based on external electron donor can not only enhance the photocatalytic oxidation, but also avoid the accumulation of photocatalytic intermediates. In this paper, the application of VPCB in the treatment of antibiotic wastewater is discussed for the first time. The degradation behavior and pathway of typical antibiotic TCH in VPCB are analyzed, and the key role and self-regulation mechanism of biodegradation in VPCB technology are found. The strategy of external electron donor was proposed to further improve the degradation efficiency and mineralization efficiency of TCH. The results of this paper provide a new idea for the high-efficiency degradation of antibiotic wastewater.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2175094