微塑料对活性污泥系统及微生物菌群的影响研究

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微塑料(Microplastics,MPs)在自然水体中的含量与分布特征受到较为广泛的关注,但MPs在污水处理厂内的迁移转化等方面的研究相对较少。本研究通过在实验室构建典型活性污泥系统,分析了不同种类及浓度MPs对可降解MPs对污染物处理性能、功能性微生物活性、胞外聚合物(EPS)组分的影响。同时在污水处理厂实地投加不同塑料颗粒,进一步分析了 MPs与表面生物膜微生物群落的变化规律。主要研究结果如下:(1)不同浓度的聚乳酸(PLA)可降解MPs在短时间内(30 d)使序批式活性污泥反应器(SBR)的出水性能出现一定波动。低浓度PLA MPs可作为缓释碳源促进聚磷菌(PAOs)活性,而其过量积累会影响释磷、吸磷活性。高浓度(200个/g-TS)PLAMPs的投加会抑制氨氧化菌活性,对系统硝化性能产生负面影响。污泥EPS总量随PLA MPs投加量的增加而降低,其中腐殖酸含量减少较为明显。(2)高浓度聚氯乙烯(PVC)和淀粉树脂(Starch Resin)MPs的长期投加(90 d)使反应器出水的正磷(PO43--P)浓度明显升高,但未对反应器脱氮性能造成显著影响。淀粉树脂MPs的投加对污泥释磷、吸磷速率有抑制作用,然而促进了反硝化活性。PVCMPs的投加对污泥释磷速率和硝化活性产生明显抑制。PVC与淀粉树脂MPs的投加使活性污泥的总EPS含量下降,松散结合型EPS(LB-EPS)的多糖含量下降,腐殖酸类物质占比提升。随着投加时间的增长,PVC MPs表面逐渐呈现明显突起、褶皱与层次性结构,而淀粉树脂MPs表面则出现孔洞与剥落的碎片化特征,还可能出现了新的官能团。(3)在污水处理厂投放的不同种类塑料颗粒表面易形成生物膜,其总量随投放时间的增长而升高,缺氧池和好氧池内可降解塑料的生物膜总量高于传统塑料。生物膜中微生物多样性随投加时间的增长而降低,且群落结构有明显改变。厌氧池和缺氧池内微生物群落结构相似性较高,与好氧池的差异明显。塑料种类对生物膜微生物群落结构的影响相对较小。生物膜中微生物从门水平上主要以变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)及厚壁菌门(Firmicutes)为主,不动杆菌属(Acinetobacter)、生丝微菌属(Hyphomicrobium)及陶厄氏菌属(Thauera)是主要优势属。
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