提 要

　　氯霉素是一种广谱抗生素，在世界各地污水和自然水中常被检测到，对人类健康和生态环境安全造成一定威胁，通过外加电场强化生物膜技术，可高效降解氯霉素。本研究构建了一种厌氧-好氧耦合上流式生物电化学反应器系统（AO-UBERs），考察了该系统对氯霉素的去除效果，阐明了电刺激影响下的降解机制，指出在间歇电压作用模式下该系统在处理抗生素污染废水中具有良好前景。

图1 摘要图

研 究 概 览

　　本研究构建了一种厌氧-好氧耦合上流式生物电化学反应器，分析了不同电压（0.5V、0.8V、1.2V）、电压施加方式(间歇、连续供电)和水力停留时间（24h、36h）下氯霉素（CAP）的生物降解能力和对生物群落结构的影响。

　　在0.5V电源电压下，水力停留时间（HRT）为36h时，CAP去除率分别为81.1%±6.1%（间歇电压供电模式R1）和75.2%±4.6%（连续电压供电模式R2），比无电压供电模式R3分别提高了21.5 %和15.6 %（图2（A））。测定3个反应器在35~40 d时COD去除率（图2（B）），发现R1和R2中 COD几乎完全被去除（99.0%±0.9%)，显著高于R3（92.3%±2.2%)。表明了电刺激能提高CAP和COD的去除率，且间歇性电刺激模式的性能优于连续电刺激模式。

图2 (A) AO-UBERs在长期运行过程中CAP的去除性能 (B) AO-UBERs在第5阶段中COD的去除性能

　　通过对AO-UBERs在不同水力停留时间和电压下好氧室（阳极室）和厌氧室（阴极室）中CAP的去除进行研究（图3），发现好氧室对CAP的降解几乎没有贡献，而厌氧室却有助于CAP的生物降解，可能是氯或硝基取代基在厌氧条件下更容易受到亲电攻击。从第5阶段开始，在厌氧室内，R1和R2对CAP的降解效率分别为80.2%±6.0%和74.1%±4.6%，R3对CAP的降解效率仅为58.5%±1.4%。研究表明，阴极室加速了CAP的生物降解。

图3 AO-UBERs在不同水力停留时间和外加电压下厌氧区(A)和好氧区(B)中CAP的去除性能

　　电刺激选择性地富集了AO-UBERs的阴极和阳极室中的功能菌群，但是并未改变门水平的群落结构。此外，为了进一步探究反应器中特定细菌的差异，在属水平上分析了41种丰度最高的细菌（图4），聚类结果表明电刺激影响细菌群落结构，且富集了生物膜中参与CAP及其代谢物降解的功能细菌，如Megasphaera、Janthinobacterium、Pseudomonas、Emticicia、Zoogloea、Cloacibacterium 和Cetobacterium。

图4 在门水平的8个样本细菌群落组成的相对丰度(A)和(B) 41个最丰富属的热图

编 者 按

　　抗生素带来的人类健康问题和生态环境安全问题引起国内外学者的日益关注。在城市污水、养猪场废水和污水处理厂出水中均能检测到氯霉素的存在。氯霉素中硝基和氯基取代基的存在抑制了核糖体肽基转移酶的活性，限制了传统污水处理厂对氯霉素的去除，氯霉素的强化去除成为污水处理领域的研究热点。本研究提出外场电化学强化生物处理系统去除氯霉素的方法，揭示间歇电压氯霉素生物降解机理，探讨了电刺激下的微生物多样性和群落结构的变化规律，为电化学生物系统强化去除抗生素提供了一定参考。

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