Page 227 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 迮思文等：PHB 生物滤池深度脱氮过程中抗生素环丙沙星的同步去除规律及影响因素 · 223 ·
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highest of 10%. The study confirmed that PHBV supported denitrifying biofilter is an efficient technology to fulfill
the simultaneous removal of nitrate and antibiotics. And it also provided data support for denitrifying biological
filter under low temperature in practical engineering.
Key words solid carbon source; denitrifying biofilter; ciprofloxacin; microbial community structure

抗生素类因其广泛存在于环境中而被认为是最 所引起的。上述研究主要探 究 PHB 反硝化生物滤
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严重的新污染物之一。抗生素类的过度使用和不合 池处理含有药品和个人护理用品（PPCPs）的氮污染
理处置使其积聚于市政污水处理系统。然而，作为 废水，为反硝化生物滤池处理新污染物提供了一定
一种新污染物，抗生素类不能被传统污水处理厂完 理论支撑。
全去除而遗留于污水处理厂的二级出水中 [1-3] 。环丙 本研究探 讨 PHB 反硝化生物滤池深度脱氮过
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沙星（CIP）是一种全球广泛使用的广谱氟喹诺类抗 程中，典型抗生 素 CIP（0～1 000 µg/L）的去除特征及
生素，其在污水处理厂出水中的检出频率和浓度均 其影响因素，以期为抗生素在污水处理系统中的风
呈现较高水平 [3-5] 。同时，CI 是对敏感水生生物呈 险削减调控提供理论支撑。
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现高生态风险的抗生素，低浓度条件下即可造成水
1 材料与方法
生态系统和人体健康的较大负面影响 。
[6]
目前反硝化生物滤池是污水深度处理领域研究 1.1 试验装置
和应用的热点，可有效解决污水处理厂二级出水因 本试验所构建 的 PHB 反硝化生物滤池装置结
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NO 浓度过高而引起的总氮超标问题 [7-8] 。研究 构如 图 1 所示。装置主体采用有机玻璃外覆黑色避
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表明，尽管反硝化生物滤池系统的设计目的主要是 光膜构建，以防 止 CI 光解。生物滤池内径 为 20
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为了高效去除硝态氮，然而其使抗生素的转化去除 cm， 高 80 cm，基质填充高度 为 60 cm。其中，生物滤
也同步得到了提升 [9-11] 。比如，在葡萄糖/乙酸钠-反 池填充基质分为上 下 2 层：下层填 充 50 c m 火山岩
硝化脱氮系统中，抗生 素 CI 均可被同步去除，去除 与 PHB 颗粒（1 000 g）的均匀混合物，上层填 充 10
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率最高可 达 83% [9-10] 。在甲醇/乙醇-后置反硝化生物 c m 生物陶粒。火山岩购于河南郑州元泉环保净水
滤池中，乙酰磺胺嘧啶和甲氧苄啶等抗生素的生物 材料厂，平均粒径 为 30～50 mm；PHB 颗粒购于宁
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转化速率常数可以达 到 1.2～12.9 L/(g·d)（以生物量 波天安生物材料有限公司，为呈乳白色螺旋圆的柱
计） [11] 。究其原因，有机碳源是生物滤池系统中限制 状颗粒，平均粒径约 为 8～10 mm；生物陶粒购于江
反硝化过程的重要因素，碳源类型也会对反硝化微 西萍乡紫金陶粒厂，平均粒径 为 3 mm。
生物结构产生影响 [12-13] 。有机碳源不仅为硝酸盐的 1.2 试验设计
还原提供电子，而且为抗生素的共代谢提供底物，从 参照以往研究 [21] ，PHB V 反硝化生物滤池以上
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[22]
而实 现 NO 和抗生素的同步去除。由此可见，有 流式运行。依据城镇污水处理厂二级出水特征 ，
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机碳源是反硝化生物滤池中抗生素被同步生物转化 模拟废水主要由自来水添 加 NaNO 、KH PO 配制
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的关键因素。 而成。系统首先接 种 3 500 mg/ 二沉池污泥（取自
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目前反硝化生物滤池的有机碳源主要分为 上海市松江区污水处理厂），内循 环 3 后连续进水；
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2 类：传统液体和新型固相有机碳源。相较于传统液 当反应器出水 NO - N 浓度连续 15 小于 1 mg/L
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体碳源（如乙酸钠和葡萄糖等），聚羟基丁酸戊酸酯 时，则视为反应器启动成功。随后，依据污水处理厂
（PHBV）作为微生物胞内储能物质，具有优异的生物 出 水 CI 浓度 [3-5] ，探 究 CI 浓度 为 0～1 000 µg/ 运
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相容性。大量研究表明，PHB V 反硝化生物滤池具 行条件下系统的出水水质。为使研究接近实际工程
有广阔的市场应用前景，可以有效处理含有高浓度 参数，本试验在自然室温下连续运 行 112 d（202 年
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NO 的污水 [14] ，如硝酸盐污染的地下水 [15] 、城镇 9 月 2 日—202 年 1 月 1 日），各阶段进水指标和
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污水处理厂二级出水 [16-17 ] 以及水产养殖废水 [18 ] 等。 运行参数如 表 1 所示。
Su 等 [19 ] 证实了曝 气 PHB 生物滤池可以有效处理 1.3 试验分析方法
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含 有 50 µg/L布洛芬和三氯生的含氮废水。Fen 等 [20] 1.3.1 水质测试方法
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发现相较 于 PHB V 生物滤池，PHBV/活性炭生物滤 试验过程中，每天定时采集生物滤池进出水。
池可以更有效处理含 有 100 µg/ 美托洛尔和双氯芬 参照以往研究方法 [18] ，将水样通 过 0.45 µ m 滤膜过滤
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酸的硝态氮废水，这主要是由于活性炭的吸附作用 后进行水质分析。利用哈希便携水质分析仪（HQ-