【摘 要】
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药物及个人护理品（PPCPs）广泛应用于人们日常生活中的多个领域,它们在生产生活、工业医疗、畜牧养殖等途径产生并排入自然环境中,经水体、大气、土壤等多种介质间接或直接地进入水环境中,对人类、动植物和环境造成持续性的危害。在我国,由于当前城市污水处理厂缺少PPCPs污染物的针对性处理工艺,导致近年来地表水中检出PPCPs污染物的情况频繁发生。我国目前针对PPCPs的去除措施仍然缺乏。人工湿地-微生物
【基金项目】
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国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07602-002）；
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药物及个人护理品（PPCPs）广泛应用于人们日常生活中的多个领域,它们在生产生活、工业医疗、畜牧养殖等途径产生并排入自然环境中,经水体、大气、土壤等多种介质间接或直接地进入水环境中,对人类、动植物和环境造成持续性的危害。在我国,由于当前城市污水处理厂缺少PPCPs污染物的针对性处理工艺,导致近年来地表水中检出PPCPs污染物的情况频繁发生。我国目前针对PPCPs的去除措施仍然缺乏。人工湿地-微生物燃料电池（CW-MFC）因其产电微生物能分解利用难降解有机物被认为是潜在的去除PPCPs的系统。本文以水环境中常见的布洛芬（IBP）和双氯芬酸（DCF）作为目标污染物,通过对比不同的构造因子（是否耦合MFC、阴阳极间距、阴极植物）和运行条件（HRT、进水方式）对污染物去除效率和产电性能的影响优化CW-MFC装置;使用经过优化的CW-MFC装置进行PPCPs（IBP和DCF）的去除实验并考察碳源种类对PPCPs去除的影响;利用微生物群落分析探究PPCPs去除过程中装置阴阳极微生物群落结构的特点及对污染物去除的作用机理。主要结论如下:（1）与CW组相比,CW-MFC组的COD、NH4+-N、TN去除率达到86.00%、84.77%、53.16%,显著高于CW组;当阴阳极间距增大时COD、NH4+-N、TN去除率均升高,在25cm时达到最大值;阴极种植植物的植物组COD、NH4+-N、TN去除率达到90.67%、88.22%、53.26%,显著高于无植物组;随着水力停留时间（HRT）增长,COD、NH4+-N、TN、TP去除率逐渐提升;与间歇进水相比,由于长时间静置氧气逐渐缺失,连续进水的COD去除率略有下降,NH4+-N、TN的去除率显著提升。结果表明,与MFC耦合,阴阳极间距设置为25cm,在装置阴极种植植物,HRT设置为3d,进水方式为连续进水时,CW-MFC装置去除COD、NH4+-N、TN、TP的效果最好。（2）优化后的CW-MFC对PPCPs具有较好的去除效果。CW-MFC系统的IBP去除率达到95.00%,显著高于CW系统的84.60%（P＜0.05）,其中在阴极层的IBP去除率差异显著（P＜0.05）,说明CW-MFC系统对IBP去除率的提升主要发生在装置阴极区;加入IBP的实验组CW-MFC系统的COD、NH4+-N、TN、TP去除率与未加入IBP相比差异均不显著（P＞0.05）,说明加入IBP对系统污染物去除能力几乎不产生影响。CW系统和CW-MFC系统的DCF去除率分别为73.09%和86.40%,差异显著（P＜0.05）,两者阳极层的DCF去除率差异显著（P＜0.05）,显示CW-MFC系统对DCF去除率的提升主要在装置阳极区;而DCF的加入会显著降低系统的COD和NH4+-N去除率。不同的碳源种类对IBP的去除影响较大,葡萄糖（Glu）作为碳源的IBP去除率最高为91.95%,蔗糖（Suc）作为碳源的IBP去除率最低为82.02%,其中Glu组在阳极层和阴极层的IBP去除率最高,SA组在垫层的去除率最高,通过COD的分层去除率可以看出,SA组在垫层的COD消耗最快,达到阳极层时COD含量最低,被阳极层利用也最少,Suc组在垫层的COD消耗最慢,但被阳极层的利用也较少,Glu组在阳极层和阴极层的COD消耗均最多。DCF的去除率同样受到碳源种类的影响,Glu组的DCF去除率为87.12%,显著高于SA组和Suc组的76.16%和70.66%（P＜0.05）,差距主要体现在垫层和阳极区。（3）IBP和DCF的添加均对阴阳极微生物群落结构造成了改变。COD来源的不同会对PPCPs的去除产生显著影响。以醋酸钠作为COD来源时,由于其极其容易被微生物分解利用,在装置的下部垫层中被大量消耗,到达阳极时含量较低,导致装置阳极区产电微生物丰度下降,虽然保证了较高的COD去除效率,但装置的PPCPs去除效率明显下降。而以蔗糖作为COD来源时,由于其结构较难被微生物所利用,装置阳极区产电微生物活性降低,导致装置的污染物去除效率与产电性能均不理想。而将葡萄糖作为COD来源时,一方面其较容易被微生物分解利用,另一方面不会在装置的下部垫层被过多消耗,阳极产电微生物可以利用的COD最多,因此装置表现出相对最佳的污染物去除效率与产电性能。
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