【摘 要】
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随着工农业的快速发展,大量污水产生并排入环境,抗生素和氮素已成为水体污染的常见污染物,对生态环境和人类健康构成了严重威胁。人工湿地在抗生素废水的处理方面具有良好的潜力。但人工湿地具有污染物处理效果差、受外界条件影响大以及占地面积大等缺点。为了突破人工湿地的局限性,近年来人们结合微生物燃料电池技术与人工湿地技术,构建微生物燃料电池型人工湿地（CW-MFC）,增强污染物去除性能的同时产生电能。该技术具
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随着工农业的快速发展,大量污水产生并排入环境,抗生素和氮素已成为水体污染的常见污染物,对生态环境和人类健康构成了严重威胁。人工湿地在抗生素废水的处理方面具有良好的潜力。但人工湿地具有污染物处理效果差、受外界条件影响大以及占地面积大等缺点。为了突破人工湿地的局限性,近年来人们结合微生物燃料电池技术与人工湿地技术,构建微生物燃料电池型人工湿地（CW-MFC）,增强污染物去除性能的同时产生电能。该技术具有广泛的发展前景,对解决日益严重的水体污染问题具有重要意义。本研究构建了生物炭基质CW-MFC系统和锰矿石基质CW-MFC系统,在开路和闭路运行模式下对含有氮和两种抗生素（CIPH和SMX）的污水进行处理,研究不同电极基质和不同电路运行模式对CW-MFC系统污染物去除效果的影响,同时监测了系统中抗生素抗性基因的积累、温室气体CH4和N2O的排放和产电性能,并通过对微生物群落变化的研究揭示CW-MFC系统去除污染物的机理。本研究主要研究结果与结论如下:（1）CW-MFC系统能够有效地去除污水中的氮和COD。闭路运行的CW-MFC系统相比开路运行的CW-MFC系统具有更好的N与COD处理性能,锰矿石CW-MFC系统对NH4+-N和TN具有更好的处理效果,而生物炭CW-MFC系统对COD有更好的处理性能。闭路运行的生物炭CW-MFC系统去除COD的效果最好,其去除率为93.25%。闭路运行的锰矿石CW-MFC系统对NH4+-N和TN具有最好的去除效果,去除效率分别为86.34%和82.85%。闭路运行模式和锰矿石基质能够抑制N2O和CH4的排放。生物炭CW-MFC系统具有更高的产电性能,平均输出电压可达370 m V。（2）CW-MFC系统能够有效的去除污水中的喹诺酮类抗生素（CIPH）和磺胺类抗生素（SMX）,对CIPH有更好的去除效果。闭路运行模式增强了抗生素的去除,此外,生物炭相比锰矿石对污水中的抗生素具有更好的去除效果。闭路运行的生物炭CW-MFC系统对CIPH和SMX有最好的去除效率,分别可达99.79%和98.88%。抗生素抗性基因（ARGs）在不同CW-MFC系统阴极与阳极的积累量与抗生素的去除效率结果一致,CW-MFC系统抗生素去除效率越高,基质中产生的ARGs的数量也更高。int1基因和磺胺类抗性基因sulⅠ、sulⅡ在CW-MFC系统具有更高的丰度。（3）不同基质与不同电路运行模式显著改变了CW-MFC系统阴极和阳极的微生物群落结构及其多样性。闭路运行模式能够显著增强系统阳极的微生物活性从而增强污染物的去除性能。生物炭CW-MFC系统相比锰矿石CW-MFC系统具有更高的微生物丰富度与多样性。不同电极基质的CW-MFC系统富集了不同的功能微生物从而造成了不同的污染物除效率。Proteobacteria、Bacteroidetes、Acidobacteria和Actinobacteria是CW-MFC系统阳极和阴极的优势菌门,在氮和抗生素的去除中扮演着重要的角色。Azoarcus在锰矿石CW-MFC系统阳极中具有很高的丰度,而在生物炭CW-MFC系统阳极中则相对丰度很低,这可能是导致锰矿石CW-MFC系统更高脱氮效率的关键菌属之一。
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