抗生素对海水养殖废水生物处理系统脱氮性能的影响及其降解机制研究

海水养殖废水是一种高盐、含氮且含有抗生素的废水，从国内外研究现状可知，生物法是处理海水养殖废水最经济、有效的技术。但是，存在着抗生素对海水养殖废水生物处理系统中微生物产生抑制作用并影响其脱氮性能的问题。为了解决上述问题，本课题组将以序批式生物膜反应器（SBBR）作为生物处理系统，以土霉素、氯四环素、苯甲基青霉素作为研究对象，在优化SBBR处理海水养殖废水脱氮性能的运行参数基础上，评价抗生素对同步硝化和反硝化过程的影响，阐明抗生素的微生物降解机制，建立抗生素抑制动力学方程。结合微生物群落结构的演替变化，揭示抗生素与微生物群落、硝化和反硝化过程之间的相互关系。采用人工调控方式增加生物系统内抗生素降解菌，实现对生物系统中抗生素污染的控制的目的。

本研究首先考察了进水盐度、进水碳氮比和水力停留时间的变化对不同的序批式生物反应器处理含盐废水的脱氮性能、微生物活性、胞外聚合物和微生物群落的影响。在此基础上，系统地评价了土霉素、金霉素、氟苯尼考和磺胺嘧啶等抗生素对序批式生物反应器和序批式生物膜反应器处理海水养殖废水的COD去除、硝化过程、反硝化过程以及微生物活性的影响。通过比较不同抗生素浓度下好氧速率、比氨氧化速率、比亚硝酸盐氧化速率和硝酸盐还原速率的变化，阐明了抗生素对硝化过程和反硝化过程的抑制影响。结合不同抗生素浓度下胞外聚合物中蛋白质和多糖含量的变化，采用三维荧光光谱和傅里叶红外光谱分析了抗生素对胞外聚合物化学组成的影响。通过采用PCR-DGGE技术解析了土霉素对处理海水养殖废水的SBBR和SBR内微生物群落结构的影响，采用高通量测序从门、纲和属水平上分析了金霉素、氟苯尼考和磺胺嘧啶对处理海水养殖废水的SBBR中微生物群落结构的影响，从而揭示了在海水养殖废水处理过程中抗生素与微生物群落、硝化和反硝化之间的相互关系。