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哈尔滨市污水厂中抗生素抗性基因分布及强化去除研究

段然  
【摘要】:在医药、畜牧业和水产养殖业中,大量的、不合理的使用抗生素导致环境中细菌的耐药性增加,进而造成环境中抗生素抗性基因(ARGs,antibiotic resistancegenes)的产生、传播和扩散。污水处理系统中包含的大量的微生物以及抗生素、重金属等因素都可能会对ARGs的形成、水平转移和扩增起到促进作用,因此污水处理厂被认为是ARGs的重要储存库。 本研究利用实时荧光定量PCR技术,对哈尔滨市污水处理厂中的水样和污泥样品中四环素类抗性基因(tetA、tetO、tetW)、磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)以及β-内酰胺类抗性基因(blaCTX-M)和Ⅰ类整合子(intⅠ1)进行检测。研究结果如下: 在污水处理厂进水中,6种ARGs的检出率为100%,6种ARGs在不同污水厂的进水中浓度有一定的差异,但在4个污水厂的样品中,总体上,四环素类抗性基因中tetW的浓度较高,磺胺类抗性基因的浓度略高于四环素类抗性基因,磺胺类抗性基因中sulⅡ的浓度高于sulⅠ的浓度,β-内酰胺类抗性基因在4个污水处理厂中都较低。污水处理厂出水中的ARGs浓度低于进水中,但仍有较高浓度的ARGs。污水处理厂样品中6种抗生素抗性基因的总浓度与16SrDNA的浓度显著性正相关,tetO、tetW、sulⅠ、blaCTX-M的浓度与16SrDNA的浓度显著性正相关,sulⅠ的浓度也与intⅠ1的浓度呈显著性正相关。 污水处理厂中,格栅、沉砂池、沉淀池对ARGs的去除效果不明显,各污水处理厂生物处理单元对ARGs的去除效果更为明显,对于6种ARGs、Ⅰ类整合子以及16SrDNA的去除量为0.5~2.0个数量级。与A/O法和CASS法相比,采用A/A/O工艺的污水处理厂对各种ARGs的去除量普遍较高。污水处理厂脱水剩余污泥中微生物量丰富,检测出高浓度的抗生素抗性基因,需要引起重视。 对某污水处理厂为期6个月的监测中,6种ARGs的检出率为100%,格栅、沉砂池、沉淀池等处理单元对ARGs的去除效果不明显,生物处理单元对ARGs的去除可达到1~2个数量级,紫外消毒的去除效果也不甚明显,为0.2~0.3个数量级。生物处理单元CASS对tetA、tetO、tetW的相对丰度有一定的削减作用,但对于sulⅠ、sulⅡ和blaCTX-M,相对丰度则略有增加。污水厂各处理单元主要通过减少单位水体内的生物量来降低ARGs的浓度,但是污水处理单元对ARGs相对丰度的影响还需要进一步设计试验进行探究。 考虑到污水处理厂出水中仍有相当高浓度的ARGs,研究考察了活性炭、臭氧和紫外消毒对于ARGs的削减情况。通过比较颗粒活性炭和不定型颗粒活性炭对ARGs的去除效果,结果显示,不定型颗粒活性炭对ARGs的去除效果更好,可达1个数量级左右。通过研究臭氧氧化对抗性基因的去除效果发现,随着臭氧投加量的增加,对于ARGs的去除量有所增加,达到60mg/L时,去除率趋于稳定,对四环素类抗性基因、磺胺类抗性基因和intⅠ1的削减量可以达到1个数量级左右,去除率为80%以上。三种深度处理工艺在对ARGs数量级的削减上:活性炭>臭氧氧化>紫外消毒。相比于其他2种工艺,活性炭在对TOC、TN、TP的去除上也有一定的效果,所以活性炭可以作为控制ARGs环境排放的一个研究方向。并在此基础上制定出“污水厂二级处理+臭氧氧化+活性炭吸附”的组合工艺,用于强化ARGs的去除。


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