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随着农村经济发展和生活水平的提高,农村地区对药物及个人护理产品(pharmaceuticals and personal care products,PPCPs)的使用量逐渐增大,常见的PPCPs包括抗生素、非甾体类抗炎药和部分个人护理产品等。由于农村地区对抗生素的不合理使用,农村污水中检测到不同浓度水平的抗生素。受经济、地理地形的限制,大部分农村地区缺乏完整的污水收集管网和污水治理设施,导致抗生素通过多种途径进入农村环境,进而对农村生态环境产生一定的环境风险。本文选取贵州省四处农村污水处理设施,开展抗生素污染水平及生态风险分析,在此基础上,构建农村污水“厌氧折流板反应器(ABR)-复合人工湿地”处理系统,以氧氟沙星为目标抗生素,研究系统对氧氟沙星的去除效能,通过傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱分析进出水中物质组分的变化特征,采用16S r RNA和宏基因组测序技术探究系统中微生物的作用机理。研究得出的主要结论如下:(1)贵州省四处农村污水治理设施的进出水中均检测到不同种类的抗生素。磺胺甲恶唑(SMX)、土霉素(OTC)、金霉素(CTC)、四环素(TC)和氧氟沙星(OFL)是研究区域农村污水中的主要抗生素,浓度在ND~417.57 ng·L-1。四处农村污水治理设施对目标抗生素的去除效率较低,在-58.32%~61.07%之间。出水中的OFL是高风险污染物,其排放对水环境有较高的毒性风险。(2)“ABR-复合人工湿地”处理系统具有常规污染物和OFL同步高效去除能力。采用的“厌氧折流板反应器(ABR)-垂直流人工湿地(VF)-水平潜流人工湿地(HF)”工艺在容积负荷为0.034、0.085和0.119 kg COD/(m~3·d)时,系统均能实现对污染物的高效去除。当容积负荷为0.085 kg COD/(m~3·d)时,系统对污染物的去除率最高,氮磷的平均去除率(29)94%、COD平均去除率(29)82%、OFL平均去除率(29)90%。生物膜吸附和植物吸收是抗生素去除的主要途径,其中生物膜对OFL的吸附量大于湿地植物。添加OFL后,系统对常规污染物的去除效能降低,系统处理效能明显受到抑制。(3)采用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱分析系统进出水中物质组分特征。红外光谱分析表明,进水中检测到与氮磷污染物有关的官能团所引起的峰经系统处理后峰明显消失或峰的强度明显减弱。添加OFL后,系统中OFL得到一定降解,其结构稳定性均受到一定的破坏。三维荧光光谱分析表明,系统对低浓度的类蛋白质、富里酸、胡敏酸和溶解性微生物代谢产物等溶解性有机物有着较好的去除,这些物质在出水中明显消失。添加OFL后,系统对富里酸、胡敏酸和溶解性微生物代谢等溶解性有机物的去除能力下降,出水中仍含有一定量的富里酸类物质和胡敏酸类物质。(4)16S r RNA基因测序结果显示OFL的添加改变了系统的微生物群落结构。在构建阶段,系统中存在Chlorobium、norank_c__Bacteroidetes_vadin HA17、Thiothrix、Hyphomicrobium和Nitrospira等大量与碳氮代谢有关的细菌以及Methanosarcina、Methanosaeta、Methanobrevibacter和Methanobacterium等产甲烷菌。OFL的添加降低了A组系统中微生物的多样性和丰度。在门水平上,Bacteroidetes和Proteobacteria的丰度有一定降低,Actinobacteria和Firmicutes的丰度呈增长趋势。系统中古菌的分布更加集中,HF中Crenarchaeota丰度高达95%。系统中存在与OFL降解有关的微生物,如Bacilli、Clostridia、Trichococcus、Thiothrix和Syntrophorhabdus。(5)宏基因组技术进一步分析系统中微生物群落结构、功能及代谢途径。在属水平上,B组系统以unclassified_d__Bacteria、Methanosaeta、Nitrospira、Thiothrix、Clostridium、Lachnocostridium和Thiocapsa为主。物种功能注释表明代谢是系统最主要的功能,且存在外源性生物降解和代谢过程。Methanosaeta和Nitrospira是代谢和遗传信息处理功能的关键物种,Nitrospira、Clostridium和Lachnocostridium是环境信息处理和细胞转化功能的关键物种。系统中存在mexd、mexf和mexb等喹诺酮类抗生素抗性基因和nor B、nir B、nir K、nrf A和amo ABC等氮转化功能基因,且存在完整的氮转化途径。相关性网络分析表明,unclassified_d__Bacteria、Methanosaeta和Nitrospira是系统中的关键微生物,Thiothrix、Pseudomonas和unclassified_d_unclassified之间呈显著的正相关关系。