基于电场微生物群体刺激效应构建降解城市污水中典型PPCPs类有机物体系及耦合机理研究

Aimed at the refractory PPCPs organics removal problem from municipal sewagethe and based on the internal operational characteristics of Aimed at conventional wastewater treatment processes for the refractory PPCPs organics removal problem and PPCPs complex structure, higher activation energy problems，according to the stimulating effect of the electric field of microbial populations, We proposed the city sewage in typical refractory PPCPs organic matter removal by TDE-BAF hypothesis. The particle electrode is prepared on the basis of optimal screening. The particle electrode build TDE-BAF system, the establishment of the reactor biofilm method. The key environmental control of reactor and the refractory PPCPs organic matter removal mechanism are to be explorated. At the same time, the to explore metabolic pathways of two typical PPCPs organic pollutants are also investigated.Using high-throughput detection technology to reveal the relationship between current and microorganisms, provides the theory support for the development of the coupling process. If the research achieved the expected results, it will provide the theoretical foundation and new technical support for city sewage removal of refractory PPCPs compounds, will have the very good application in the field of water treatment.

针对常规污水处理工艺对于城市污水中难降解PPCPs类有机物降解效能较弱、难降解PPCPs类有机物结构复杂、活化能高等问题，依据电场对微生物的群体刺激效应，提出TDE-BAF耦合系统去除城市污水中难降解PPCPs类有机物的假设，拟开发高效持久性电催化粒子电极，构建高效去除难降解PPCPs类有机物的TDE-BAF耦合体系，筛选耦合体系关键调控因子，建立关键调控因子与典型PPCPs类有机物的定量关系，探讨两种典型PPCPs类有机污染物的代谢途径，采用高通量测序技术进一步揭示电场对微生物群体刺激效应，为城市污水处理难降解PPCPs类有机物提供新的理论基础和技术支撑, 在水处理领域将有很好的应用.

针对常规污水处理工艺对于城市污水中以布洛芬为代表的难降解药品和个人护理品(PPCPs)类有机物降解效能较弱、PPCPs类有机物结构复杂和活化能高等问题，在揭示电场对微生物群体刺激效应的基础上，构建了高效去除城市污水中布洛芬的TDE-BAF体系，筛选了耦合体系的关键调控参数，建立了关键调控参数与去除污染物效能之间的定量关系，研究了TDE-BAF体系去除效能和污染物的空间去除特性，为降解城市污水中布洛芬提供新的理论基础和技术支撑。. 采用高温煅烧的方法，以赤泥为骨料，制备了赤泥基粒子电极，其最优制备条件：质量比（赤泥：沸石矿渣：铁粉）为5:3:2，碳粉5％，焙烧温度1000℃，保温10分钟，赤泥基粒子电极含有过渡金属和稀有金属氧化物高达40.46%，且以高度分散的形态分布于整个粒子电极上，降解布洛芬以电转化为主。在揭示电流对微生物群体刺激效应的基础上，考察了极板间距、赤泥基粒子电极和吸附型生物滤料高度比对降解布洛芬的影响，以赤泥基粒子电极和吸附型生物滤料高度比为1：4和电极间距为10cm，构建了高效去除布洛芬为代表的难降解有机物的TDE-BAF反应器，挂膜速度快，COD和氨氮去除效率均比单独BAF高。. 以城市污水为处理对象，选取PPCPs典型物质布洛芬为目标污染物，采用响应曲面法筛选出TDE-BAF工艺的关键调控参数，并建立电流密度（CD）、水力停流时间（HRT）及进水布洛芬浓度与COD、氨氮和典型PPCPs类有机物-布洛芬去除效能之间的定量关系， TDE-BAF工艺同时去除COD、NH4+-N和布洛芬的最佳工艺条件： CD 12.73A/m2、HRT 3.5h、进水布洛芬浓度0.09mg/L；在CD 12.73A/m2、HRT 3.5时，TDE-BAF耦合工艺对COD、TOC、布洛芬和氨氮的平均去除率分别为86.72%、81.91%、93.48%和85.19%，比单独BAF分别提高了14.57%、19.83%、61.56%和10.49%。. 在TDE-BAF反应器稳定运行的情况下，采用Miseq高通测序技术，以单独BAF为参比，研究了TDE-BAF系统内微生物群落结构和多样性，在电流密度为12.73A/m2时，由于系统上部存在电流，使TDE-BAF系统上部微生物多样性低，下部微生物多样性高，同单独BAF相同部位微生物多样性的差异较大。