混凝沉淀—超滤对二级出水中抗性基因去除效能及膜污染控制研究.doc

混凝沉淀—超滤对二级出水中抗性基因去除效能及膜污染控制研究抗生素抗性基因（Antibioticresistancegenes,ARGs）是一种新兴的非常规环境污染物,在污水处理系统出水中被大量检出,对人类健康和生态安全造成潜在的威胁。超滤（ultrafiltration,UF）技术在再生水处理的实际工程中得到广泛应用,混凝沉淀预处理可以有效控制膜污染并提高膜出水水质。因此本研究以超滤为基础,采用聚合氯化铝（Polyaluminiumchloride,PAC）和聚合硫酸铁（Polymerizedferroussulfate,PFS）两种混凝剂做预处理,探究混凝（PAC/PFS）沉淀-UF两种组合工艺对6种ARGs（tetA、tetC、tetG、tetX、sulⅠ、sulⅡ）和有机物的去除效能,并讨论混凝沉淀预处理对组合工艺去除抗性基因的影响,分析两种组合工艺对膜污染的影响。混凝剂PAC和PFS投加量分别为0.85mmol/L（以铝计）和0.50mmol/L（以铁计）时,混凝（PAC/PFS）沉淀-UF两种组合工艺较直接UF对ARGs去除率约提高83%,去除量约为3-log左右,其中混凝（PAC）沉淀-UF去除效果更优。两种组合工艺对DOC和UV₂₅₄的去除效果均优于直接UF,去除率分别约为37%和34%;对于富里酸类、溶解性微生物副产物类和腐殖酸类等荧光特性有机物,混凝（PAC/PFS）沉淀-UF组合工艺出水中其峰值约可降低10%²0%。并且不同工艺出水中ARGs浓度与Ⅰ类整合子（intI1）、16SrDNA和有机物浓度均呈现出显著正相关性（p<0.05）,说明水样中Ⅰ类整合子、细菌和有机物的去除有助于抗性基因的削减。污水厂二级出水中游离态ARGs约占60%⁷0%,其含量要高于细胞态的;对细胞态ARGs,混凝沉淀预处理可以去除90%以上;对游离态ARGs去除效果不稳定,tetG和sulⅠ游离态去除量较少,低于50%,其余游离态ARGs去除量也达90%以上。混凝沉淀预处理过程中,PAC较大的絮体尺寸与较小的分形维数使其絮体疏松多孔,比表面积更大,对ARGs去除效果更好;并且PAC和PFS不同的混凝机制造成对ARGs的不同去除效果,其中PAC主要依靠带正电的多核配合物的压缩双电层和无定型沉淀物的网捕作用,PFS主要依靠约占70%的稳定的含铁聚合物对有机物胶体颗粒的网捕卷扫作用协同去除ARGs。预处理后微生物丰度下降约20%,促进ARGs的去除;在微生物群落结构分布上预处理后较原水有一定的差异,β-变形菌纲、鞘氨醇单胞菌属等含量的增加有助于促进有机物的降解,申氏杆菌属可以促进对微藻的絮凝作用。较直接UF,混凝（PAC/PFS）沉淀-UF膜通量下降缓慢,膜阻力和膜污染指数降低,组合工艺可以有效缓解膜污染。膜污染指数与有机物浓度的显著正相关性说明膜污染和水样中的有机物关系密切;并且膜污染过程是复杂的,在不同过滤阶段存在多种膜污染机制,组合工艺主要为标准堵塞和滤饼层污染;污染膜片表面形貌特征显示PAC较PFS絮体更疏松多孔,膜污染程度更低,易反冲洗,增强膜的使用寿命,提升ARGs去除效果。该研究采用混凝（PAC/PFS）沉淀-UF组合工艺处理二级出水,可以有效去除ARGs和有机污染物,并且可以缓解膜污染,有利于控制污水厂中ARGs向环境的传播,为人类健康和生态安全提供保障。