新兴污染物氟西汀对剩余污泥厌氧消化的影响外文翻译资料

 2023-07-26 10:24:33

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新兴污染物氟西汀对剩余污泥厌氧消化的影响

摘 要

氟西汀（FLX）是一种新兴污染物，已在污水和过量污泥（ES）中大量检测到。然而，到目前为止，尚未研究FLX对ES厌氧消化的影响及其相关机制。在这项工作中，通过在中等温度条件下的分批测试探索了FLX对ES厌氧消化的影响。结果表明，FLX对ES消化的影响是剂量依赖性的。当FLX低剂量（0.1 mg / kg）时，FLX对ES消化产生的甲烷没有显着影响。但是，当FLX为2.0 mg / kg时，累积的甲烷产量仅为91.2plusmn;4.3 mL / g挥发性悬浮固体（VSS），约为空白（不含FLX）的59.9plusmn;3.4％。机制显示，FLX的存在抑制了水解，酸化和甲烷生成。酶活性分析表明，FLX在水解，酸化和甲烷生成过程中抑制了关键酶的活性。这项工作的结果对解释FLX在ES发酵过程中的作用具有重要意义，并为后续ES的利用提供参考。

关键词 氟西汀 过量污泥 水解 甲烷生成 酶活性

Effect of emerging pollutant fluoxetine on the excess sludge anaerobic digestion

Abstract

Fluoxetine (FLX), an emerging pollutant, has been detected in the sewage and excess sludge (ES) at substantial levels. So far, however, the impacts of FLX on the ES anaerobic digestion and the related mechanisms have never been investigated. In this work, the effects of FLX on the ES anaerobic digestion were explored by the batch test under moderate temperature condition. The results indicated the effect of FLX on ES digestion was dose-dependent. When FLX was at a low dose (0.1 mg/kg), FLX had no significant impact on the methane gen-eration from the ES digestion. However，when FLX was 2.0 mg/kg, the cumulative methane production was only 91.2 plusmn; 4.3 mL/g volatile suspended solids (VSS), which was about 59.9 plusmn; 3.4% of the blank (without FLX). Mechanisms revealed that the presence of FLX has inhibited hydrolysis, acidification and methanogenesis. Enzyme activity analysis showed that FLX inhibited the activities of key enzymes in the process of hydrolysis, acidification and methanogenesis. The results of this work are of great significance to explain the role of FLX in the process of ES fermentation, and provide some reference for the subsequent utilization of ES.

Keywords Fluoxetine

Excess sludge

Hydrolysis

Methanogenesis

Enzyme activity

目 录

第一章 简介

第二章 材料及方法

2.1 ES和FLX的来源

2.2 评价络通对ES消化的影响

2.3 评价FLX对ES解体和水解酸化的影响

2.4 评价FLX对厌氧消化过程中各步骤的影响

2.5 FLX对ES厌氧消化关键酶活性的影响分析

2.6 分析方法

第三章 结果与讨论

3.1 FLX对ES产甲烷的影响

3.2 FLX对ES还原的影响

3.3 FLX的存在如何影响水解和酸化

3.4 FLX对模拟化合物各步降解的影响

3.5 FLX对ES消化关键酶活性的影响

3.6 影响

第四章 结论

简介

随着城市污水处理能力的迅速提高，剩余污泥的产量逐年增加。 据报道，到2020年，中国的ES产量将高达4300万吨（含水量80％）（Yan，2017年）。 ES的处理和处置策略主要包括焚烧，垃圾填埋，厌氧消化，堆肥等（Zhouetal。，2013; Kavithaetal。，2014; Cheng等，2019; Liu等，2020a; Kuang等，2020a ）。 其中，厌氧发酵具有降低ES质量和体积，获得能源物质（例如甲烷，氢气）和提高ES脱水性能等优点，引起了人们的广泛关注（Zhao等， 2018; Lin等人，2019; Dong等人，2020）。

ES厌氧消化通常受污泥特性和操作条件（预处理，温度，pH等）的影响（Wang等人，2015; Huang等人，2019a; Lin等人，2020; Pei等人 2020； Wei等人，2019）。 然而，到目前为止，大多数研究都集中在消化性操作条件上，例如，游离氨耦合超声波预处理显着提高了ES分解的效率，并提高了中间产物挥发性脂肪酸（VFA）的产量（Wang等，2019）。 众所周知，ES是各种物质的混合物，不仅含有可降解物质，而且有机物质以及有毒化学物质（Liu等人，2020b； Li等人，2020； Kuangetal。，2020b）。这些有毒有害物质的存在也会影响其消化性能，从而影响能量物质甲烷的累积。

随着人们心理压力的不断增加，抑郁症的发病率逐年增加。据报道，抑郁症已经成为全球高发疾病，在中国有超过9000万人患有抑郁症，导致抗抑郁药物的使用大幅增加(Phillips et al.， 2009)。氟西汀(FLX)作为一种选择性5 -羟色胺再摄取抑制剂，可以增加细胞外能量和接触后受体结合的5 -羟色胺水平，从而达到抗抑郁效果(Abreu et al.， 2015)。FLX作为临床治疗抑郁症的首选药物之一，已在许多国家和地区得到广泛应用。随着FLX的大规模生产和使用，FLX不可避免地会通过各种途径释放到环境中，水中的FLX最终会在污水处理厂被吸附或降解。近年来，随着检测分析技术的不断完善，饮用水中也检测到了FLX的存在。（Benotti等2009)发现美国饮用水中FLX的浓度高达0.82 ng/L。活性污泥法对FLX的去除效率小于8% (MacLeod等，2007)。因此，FLX会被吸附并转移到污泥中，从而影响ES的生物处理。ES中FLX的含量一般在mu;g/kg水平，明显高于污水和天然水中的FLX含量。Lajeunesse等人(2012)报道了加拿大5个污水处理厂污泥中不同抗抑郁剂的含量，FLX的最高检测浓度甚至达到1.03 mg/kg。对包括持久性有机污染物在内的许多药物进行的标准急性毒性试验显示，在低环境浓度(0-1000毫克/升)下，对水生生物没有致命的急性毒性(Fent等，2006年)。然而，FLX作为选择性5 -羟色胺再摄取抑制剂(SSRIs)特别有趣，因为它旨在改变目标有机体的行为和神经生理学(Hamilton et al.， 2016;Woodman等人，2016)。目前，对FLX的生态毒性的研究主要集中在水生生物和人体，而对厌氧微生物的影响尚未见报道。据报道，FLX对无脊椎动物和脊椎动物的生长、繁殖和行为产生了负面影响(Santos et al.， 2010;Ding等人，2017;Fong and Ford, 2014)。FLX显著抑制了鱼类的游动，表现为运动障碍、缓慢觅食和躲避天敌、抑制求偶和交配行为等(Martin et al.， 2017;Eisenreich等人，2017)。即使长时间暴露微量FLX，也会导致个体生长迟缓，性腺指数下降，影响种群繁殖(Peters and Granek, 2016)。然而，Campos等(2016)证实，FLX可以激活大水蚤大脑中血清素的免疫活性，从而改变了实际环境中由于食物不足而导致的大水蚤繁殖效率低下的情况。上述争议可能是由不同的试验人群、环境条件和FLX剂量引起的。采用水生动植物进行评价研究了其生态毒性以及对繁殖、行为和代谢的影响。然而，迄今为止，对新出现的污染物FLX对ES厌氧消化的影响及其机制的研究还没有得到系统的研究，这也阻碍了科学家对这一现象的认识。因此，FLX的存在可能对ES消化有潜在的未知影响。

本文的主要目的是研究新兴污染物FLX对ES厌氧消化的影响，并揭示其潜在的机制。通过一系列的批量试验，首次评价了FLX对ES厌氧消化产甲烷的影响。在此基础上，考察了FLX对污泥消化各步骤的影响。最后，对FLX存在下的关键酶活性进行了评价。研究结果有助于加深对氟苯对ES消化的影响的认识，并为消除氟苯对污水处理厂的负面影响提供一定的数据。

材料及方法

ES和FLX的来源

为了消除FLX对实际ES的干扰，本研究使用的ES是从实验室运行的主要用于脱氮的间歇式反应器中提取的，进水为不含FLX的合成废水。ES在重力作用下沉淀24小时，以去除上清供其他用途。ES的主要特征见表1。FLX (CAS: 54910-89-3)购自日本TCI，纯度大于98%，分子式(C17H18F3没有)。FLX的水溶性约为60.3 mg/L(25°C)。

接种物来自污泥消化反应器，污泥保留时间(SRT)为25天。接种物的基本特征为:pH 7.1plusmn;0.2，总悬浮固体(TSS) 13000plusmn;500 mg/L，可溶性COD (SCOD) 260plusmn;35 mg/L，挥发性悬浮固体(VSS) 9500plusmn;400 mg/L。

评价络通对ES消化的影响

为了研究FLX对ES厌氧消化产甲烷的影响，采用了间歇式厌氧试验。这些批次试验在600ml血清瓶中进行，其中注入300ml接种物和300ml ES。Lajeunesse

表格1

介绍了ES在本工作中的特点

项目

平均值

偏差

PH值

6.9

0.1

总悬浮物（TSS）mg/L

16230

400

挥发性悬浮物（VSS）mg/L

9850

270

总化学需氧量（TCOD）mg/L

14800

370

可溶性COD（SCOD）mg/L

260

20

总蛋白 mg/L

6850

250

总碳水化合物 mg/L

1300

160

浓度 mg/L

126

6

脂质 mg/L

85

5

等(2012)报道ES中FLX的含量高达1.03 mg/kg。随着FLX生产和消费的增加， ES中FLX的含量也会增加。因此，本研究中FLX的最大投加量为2.0 mg/kg。血清瓶中加入FLX原液，其含量分别控制在0、0.1、0.5、1.0、2.0 mg/kg。另一个血清瓶接种100ml接种剂和10.0 mg/L的FLX，本试验用于评价FLX厌氧消化对产甲烷的贡献。所有的血清瓶都用氮气冲洗以除去氧气，然后所有的反应堆都转移到水中浴振器(35plusmn;1°C) 150转。所有试验持续35 d，累积甲烷气体增加不显著(p gt; 0.05)。所有实验重复三次。定期测量沼气的体积和组成，以评估FLX对ES消化产生甲烷的影响

评价FLX对ES解体和水解酸化的影响

有机物厌氧消化产甲烷需要经过分解、水

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