基于污泥特性解析MBR中生长代谢和共代谢对雌激素的去除机制

城市污水处理厂出水中残留的类固醇雌激素（SE）通常超过预测无效应浓度数十倍。现有污水处理工艺主要是为去除mg级的大量污染物而设计，而实际污水中类固醇雌激素浓度极低（仅ng级），使得这类微量有机物的生物降解特性有别于常规大量污染物的降解。鉴于膜生物反应器（MBR）独特的工艺特征和运行特性，本研究拟从微生物群落结构以及酶学角度揭示MBR中独特的污泥性质与雌激素去除效果之间的内在联系；对环境浓度的雌激素通过生长代谢抑或共代谢两种生物降解途径进行研究，解明大量有机物降解耦合的雌激素共代谢以及氨氮硝化耦合的雌激素共代谢之间的竞争或协同作用。从而揭示MBR对SE的高效去除机制，建立SE去除与关键微生物群落结构及关键诱导酶的关系。研究成果可为强化包括MBR在内的活性污泥工艺的雌激素去除能力提供理论依据和实践指导，对降低城市污水处理厂出水内分泌干扰风险、改善水环境具有重要意义。

污水处理厂出水是自然水环境中类固醇雌激素（Steroid estrogens，SEs）的主要来源之一，SEs的去除对于降低水生生态风险具有非常重要的意义。微生物共代谢是污水处理系统中微量SEs的主要去除途径；MBR特有的活性污泥特性使其对SEs吸附具有潜在优势，为雌激素的进一步生物降解提供了前提。本研究围绕MBR中活性污泥对雌激素的吸附去除贡献、雌激素与有机物的共代谢降解、雌激素硝化共代谢降解等方面展开系统研究，并借助荧光原位杂交（FISH）技术对不同共代谢类型MBR中功能菌群结构进行解析。.吸附研究表明，MBR中灭活污泥对SEs的吸附是个快速过程，4h左右达到吸附平衡，且E1和EE2初始浓度对吸附平衡时间影响较小；不同SEs初始浓度下，E1和EE2的吸附均符合Freundlich和Langmuir吸附等温模型；伪二级动力学模型能够较好地描述MBR中灭活污泥对E1和EE2的吸附规律；MLSS与E1和EE2吸附率呈显著线性相关，活性污泥对E1和EE2的去除由吸附和生物降解共同作用。活性炭、沸石、竹炭和玉米芯四种生物载体对E1的吸附速率明显快于活性污泥，1 h左右即可达到吸附平衡。.共代谢研究表明，硝化过程对SEs降解有显著促进作用，硝化对EE2的强化作用比对E1显著。E1和EE2共存时，E1的存在促进了异养菌对EE2的降解。有机物浓度在0 ~ 300 mg/L（以葡萄糖COD浓度计），葡萄糖浓度增加会促进SEs的降解，但浓度过高（本研究中COD ≥ 3000 mg/L）时则对其降解产生抑制作用。E1、EE2降解速率常数与有机物降解速率常数及硝化反应速率常数间均不存在显著相关性，说明E1和EE2的降解并不是在单一共代谢作用下完成的，而是由硝化共代谢和有机物共代谢共同作用完成。.FISH技术解析发现硝化共代谢MBR中变形菌、氨氧化功能菌、亚硝酸氧化功能菌、反硝化功能菌占总细菌的比例分别为60%、21.54%、13.84%、6.15%；两种共代谢共存MBR中对应菌种占总细菌的比例为64.89%、13.83%、8.51%、9.57%；而有机物共代谢MBR中对应菌种占总细菌的比例分别为70.1%、11.34%、7.21%、11.34%。.研究成果不仅为MBR强化去除污水中SEs提供了理论支撑，而且有助于强化现有污水厂对SEs等难降解内分泌干扰物的去除与控制。