喹诺酮类药物在活性污泥“前处理-脱水”过程中的迁移转化

It is of great importance to investigate the behavior of pharmaceuticals during the activated sludge treatment and disposal. However, little concern is given to the sludge pretreatment and dewatering process. The main purpose of this project is to study the behavior of pharmaceuticals during the sludge pretreatment and dewatering, clarify the mechanism and establish the action model. We investigate the distribution and degradation of quinolones during the chemical conditioning and dewatering process and the thermal hydrolysis and dewatering process, establish the relationship between the behavior of quinolones and the sludge basic characteristics, and optimize the dewatering process. The interactions between quinolones and protein, polysaccharides are also investigated based on the concentration, molecular weight and functional groups of protein and polysaccharides during the binding experiment of sludge and quinolones. Moreover, the interactions between quinolones and protein, polysaccharides during the sludge pretreatment and dewatering process are further analyzed to clarify the mechanism of the quinolones distribution and degradation and to establish the action model. This project will provide theoretical and technical basis for developing efficient pollution control technology and investigating the behavior of pharmaceuticals during the sludge treatment and disposal and the interaction between pharmaceuticals and biomass.

研究医药类污染物在剩余活性污泥处理处置过程中的迁移转化意义重大。然而目前对污泥“前处理-脱水”这一重要环节的研究较为匮乏。本项目拟研究医药类污染物在污泥“前处理-脱水”过程中的迁移转化，阐明迁移机理，绘制作用模型。系统研究喹诺酮类药物在污泥“投加化学添加剂-脱水”和“热水解-脱水”过程中的分配和降解，建立其与污泥基本性质之间的关系，优化脱水流程；根据污泥与喹诺酮类药物结合反应前后蛋白质和多糖的浓度、分子量、特征官能团等，明确喹诺酮类药物与蛋白质和多糖的结合方式；在此基础上，分析污泥“前处理-脱水”过程中喹诺酮类药物与蛋白质和多糖的作用，结合污泥微观形貌，揭示喹诺酮类药物迁移转化的内在机理，并建立作用模型。本项目将为研究医药类污染物在污泥处理全过程中的行为和医药类污染物与生物质的相互作用、开发高效的污染控制方法提供理论和技术基础。

研究医药类污染物在剩余活性污泥处理处置过程中的迁移转化意义重大。本项目以喹诺酮类物质为代表性微污染物，研究其与活性污泥的结合特性及结合机理，建立作用模型，探究污泥前处理过程对喹诺酮类物质与活性污泥结合的影响。研究发现，喹诺酮类物质与活性污泥有显著的结合，吸附是结合的主要途径，生物降解作用较小。活性污泥胞外蛋白质在结合喹诺酮类物质方面起着较显著的作用，在结合过程中，部分胞外蛋白质的荧光强度增强，同时出现了许多新的胞外蛋白质。而溶解性碳水化合物的浓度和分子量分布未产生显著变化，故其与喹诺酮类物质的作用较弱。喹诺酮类物质在与胞外蛋白质的结合过程中，首先导致蛋白质构象改变，之后通过氢键或静电作用力与蛋白质的基团发生作用，形成新的构象。同时，胞外蛋白质之间的相互作用力发生改变，导致部分较难提取的蛋白质被提取，部分溶解蛋白质与胞外蛋白质结合，从而引起胞外蛋白质组成的改变。调理剂的加入对活性污泥结合喹诺酮类物质有抑制作用，推测调理剂与喹诺酮类物质存在竞争吸附，调理剂的增加减少了喹诺酮类物质的吸附位点。本项目研究揭示了喹诺酮类物质与活性污泥的结合机理，明晰了污泥前处理对喹诺酮类物质迁移的影响，为强化喹诺酮类物质的去除、优化污水和污泥处理流程提供理论基础。