畜禽養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施工作原理

水污染主要是由人類活動產(chǎn)生的污染物造成，它包括工業(yè)污染源，農(nóng)業(yè)污染源和生活污染源三大部分。

中國有82%的人飲用淺井和江河水，其中水質(zhì)污染嚴(yán)重細(xì)菌超過衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的占75%，受到有機物污染的飲用水人口約1.6億。*以來，人們一直認(rèn)為自來水是安全衛(wèi)生的。但是，因為水污染，如今的自來水已不能算是衛(wèi)生的了。

 

1 引言

　　養(yǎng)殖業(yè)是我國農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，在維持畜產(chǎn)品穩(wěn)定供給、提高人民生活水平方面發(fā)揮著重要作用.隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的集約化、規(guī)?；l(fā)展，為提高動物生產(chǎn)性能、防治疾病，養(yǎng)殖過程添加了一定量的重金屬與抗生素.據(jù)統(tǒng)計2006年我國獸用抗生素消耗9.7萬噸，占全國抗生素總用量的54%.而不被機體吸收、降解的抗生素排放到環(huán)境中，據(jù)Zhou等估算我國每年生豬和奶牛養(yǎng)殖場抗生素排放量分別為3080和164 t.而養(yǎng)殖業(yè)每年重金屬排放銅、鋅分別為2397.23 t、4756.94 t.畜禽養(yǎng)殖糞污表現(xiàn)出重金屬與抗生素復(fù)合污染特征和研究發(fā)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖過程抗生素和重金屬使用與養(yǎng)殖場及其周邊環(huán)境抗性基因豐度的提高呈正相關(guān)關(guān)系.畜禽養(yǎng)殖糞便、污水成為抗性基因的重要蓄積庫.抗性基因作為一種新型污染物，可能對公共健康、食品和飲用水安全構(gòu)成威脅.胡永飛等對162個健康人腸道微生物宏基因組(Metagenome)中的耐藥基因進行了深入分析，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素抗性基因的豐度zui高，而人類腸道四環(huán)素抗性基因極有可能來自于獸用抗生素的使用以及抗性基因沿食物鏈的傳播.

 

　　2014年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的《抗生素耐藥報告》明確指出抗生素抗性是21世紀(jì)公共衛(wèi)生的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，針對動物生產(chǎn)應(yīng)監(jiān)督和促進畜禽業(yè)的合理用藥，并強調(diào)了食用動物攜帶的抗生素抗性及其在食物鏈上的傳播方面數(shù)據(jù)的缺乏，應(yīng)加強此方面的研究.我國和主要發(fā)達(dá)國家推行畜禽養(yǎng)殖廢水的生物處理、農(nóng)田利用等工藝模式，然而畜禽養(yǎng)殖廢水?dāng)y帶的抗性基因在此過程的轉(zhuǎn)歸，以及抗性基因是否存在沿食物鏈的傳播風(fēng)險，亟需開展相關(guān)研究.

　　因此，本研究通過查閱國內(nèi)外文獻，總結(jié)歸納了畜禽養(yǎng)殖廢水含有的抗生素抗性基因在生物處理、農(nóng)田利用過程的變化規(guī)律，并對今后的研究重點和方向提出建議和展望，以期為揭示抗性基因消減規(guī)律，降低畜禽養(yǎng)殖廢水抗性基因傳播風(fēng)險提供借鑒.

新型催化活性微電解填料由科研院校共同研發(fā)，由具有高電位差的金屬合金融合催化劑并采用高溫微孔活化技術(shù)生產(chǎn)而成，具有鐵炭一體化、熔合催化劑、微孔架構(gòu)式合金結(jié)構(gòu)、比表面積大、比重輕、活性強、電流密度大、作用水效率高等特點。作用于廢水，可高效去除COD、降低色度、提高可生化性，處理效果穩(wěn)定，可避免運行過程中的填料鈍化、板結(jié)等現(xiàn)象。本填料是微電解反應(yīng)持續(xù)作用的重要保證。

 

　　2 畜禽養(yǎng)殖廢水中抗生素抗性基因分布

　　抗性基因根據(jù)其抗性機制不同分為3類，分別為降低細(xì)胞內(nèi)抗生素濃度(包括降低細(xì)胞通透性或外排)、靶向改變(包括靶向保護或靶向突變)以及抗生素失活.畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素的大量使用引起養(yǎng)殖環(huán)境抗性基因豐度的提高，抗性基因與抗生素之間存在相關(guān)關(guān)系.檢測了我國3個省36份豬場環(huán)境樣品(包括糞便、堆肥、土壤)中的149種抗性基因，結(jié)果表明檢出的抗性基因?qū)?yīng)的抗生素分別為大環(huán)內(nèi)脂*鏈陽殺菌素B(macrolidelincosamidestreptogramin B，MLSB)、β內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、喹諾酮*胺酰醇類、*等，按抗性機制分類抗生素失活檢出率zui高，其后依次為外排和細(xì)胞保護機制;而抗性基因豐度與轉(zhuǎn)座酶基因豐度、銅、*含量具有正相關(guān)關(guān)系.較高的抗性基因豐度可能由于在抗生素的選擇壓力下抗性基因宿主細(xì)菌的增殖，以及某些抗性基因通過移動基因元件( genetic elements)發(fā)生基因水平轉(zhuǎn)移(Horizontal gene transfer).

 

　　在養(yǎng)殖廢水方面，四環(huán)素類、磺胺類、大環(huán)內(nèi)脂類抗生素的抗性基因研究較多，按抗性機制分類，畜禽養(yǎng)殖廢水中抗性基因分布特征詳見表 1.)測試了豬場廢水中不同機制的四環(huán)素抗性基因，發(fā)現(xiàn)核糖體保護(靶向保護)抗性基因(tetQ、tetM、tetW、tetO)比外排泵機制抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL)、酶修飾(抗生素失活機制)抗性基因(tetX)豐度高，其在豬場廢水中豐度分別為9.25×10-2、5.53×10-2、1.69×10-2和1.32×10-2 copies/16S rRNA.而和)研究也表明tetQ、tetM、tetW、tetO在豬場廢水中具有較高的豐度.)研究了豬糞水厭氧發(fā)酵土壤生態(tài)系統(tǒng)中3種核糖體保護機制的四環(huán)素類抗性基因豐度tetQ>tetO>tetW，其中tetQ平均豐度zui高1.84×10-1 copies/16S rRNA.)調(diào)查了上海地區(qū)豬場和牛場廢水中磺胺類和四環(huán)素類抗性基因，含量zui高的分別為sulA(108~1010 copies · mL-1)和tetW(106~107 copies · mL-1)，而sulIII含量與磺胺類抗生素濃度的相關(guān)性較好，這可能與磺胺類抗生素易生物降解性有關(guān);tetM含量與四環(huán)素類抗生素濃度相關(guān)性較弱.)也指出TC與tet無顯著相關(guān)性.除四環(huán)素類與磺胺類抗生素之外，泰樂菌素是應(yīng)用zui廣泛的獸用抗生素之一，可能引起大環(huán)內(nèi)脂類抗性基因以及MLSB的多重抗性基因豐度的提高.)對3家豬場大環(huán)內(nèi)脂抗性基因erm進行了定量檢測，廢水中ermB、ermF含量較高(在108~1010 copies · mL-1之間)，而ermX在104~106 copies · mL-1范圍.通過寡聚糖雜交探針測試方法，發(fā)現(xiàn)豬糞水和氧化塘廢水中50%的rRNA攜帶MLSB多重抗性基因.

廢水從不同角度有不同的分類方法。據(jù)不同來源分為生活廢水和工業(yè)廢水兩大類；據(jù)污染物的化學(xué)類別又可分無機廢水與有機廢水；也有按工業(yè)部門或產(chǎn)生廢水的生產(chǎn)工藝分類的，如焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水、食品廢水等。

 

表1 基于抗性機制分類畜禽養(yǎng)殖廢水中抗性基因賦存特征

　　針對抗性基因與基因轉(zhuǎn)移元件的相關(guān)性，sulI與intI1具有極顯著的相關(guān)性(p<0.001;r=0.803)，這可能由于sulI經(jīng)常與一類整合子結(jié)合在一起指出tetM可能由轉(zhuǎn)座子Tn916Tn1545和結(jié)合質(zhì)粒介導(dǎo).

　　3 畜禽養(yǎng)殖廢水中重金屬對抗生素抗性基因的影響 

　　畜禽養(yǎng)殖過程在飼料中添加銅、鋅等重金屬引起豬糞水中抗銅、抗鋅細(xì)菌的增加，畜禽養(yǎng)殖廢水存在抗生素與重金屬復(fù)合污染特征.在重金屬的選擇壓力下，畜禽養(yǎng)殖糞水中重金屬抗性基因豐度較高.對豬飼料、腸道和糞便中抗銅細(xì)菌進行了分析鑒定，發(fā)現(xiàn)豬糞中抗銅大腸桿菌與飼料中硫酸銅添加量正相關(guān)，分離得到的239株抗銅細(xì)菌中攜帶抗銅基因pcoA、pcoC、pcoD，攜帶抗銅基因的細(xì)菌也同時攜帶*和四環(huán)素的抗性基因(strA、strB、tetB).而研究了豬糞中抗鋅細(xì)菌的分布規(guī)律，結(jié)果表明豬糞中普遍存在抗鋅細(xì)菌，抗鋅大腸桿菌的檢出率與飼料中氧化鋅的添加成正相關(guān)關(guān)系;抗鋅菌株主要攜帶抗鋅基因zntA.

　　畜禽養(yǎng)殖環(huán)境重金屬的污染不僅引起重金屬耐受菌及抗銅、抗鋅基因豐度的提高，可能存在重金屬與抗生素的協(xié)同選擇作用(coselection)，重金屬的選擇壓力可能使抗生素抗性基因豐度維持在較高水平.歐盟國家已禁止抗生素飼料添加劑的使用，但減少抗生素使用并不會阻止抗性基因的傳播，養(yǎng)殖場重金屬使用可能會通過協(xié)同選擇增加抗生素抗性基因的傳播.研究發(fā)現(xiàn)磺胺類sulA與重金屬Hg、Cu、Zn具有顯著相關(guān)關(guān)系.研究發(fā)現(xiàn)豬場廢水中高濃度的Cu和Zn顯著提高了耐β內(nèi)酰胺大腸桿菌的豐度.

該技術(shù)各單元可作為單獨處理方法使用，又可作為生物處理的前處理工藝，利于污泥的沉降和生物掛膜。

污水處理可采用“預(yù)處理→一級強化處理→消毒”的工藝。通過混凝沉淀(過濾)去除攜帶病毒、病菌的顆粒物，提高消毒效果并降低消毒劑的用量，從而避免消毒劑用量過大對環(huán)境產(chǎn)生的不良影響。醫(yī)院污水經(jīng)化糞池進入調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池前部設(shè)置自動格柵，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)提升水泵。污水經(jīng)提升后進入混凝沉淀池進行混凝沉淀，沉淀池出水進入接觸池進行消毒，接觸池出水達(dá)標(biāo)排放。