一种去除畜禽养殖废水中抗生素抗性基因的方法与流程

本发明属于污水净化处理技术领域，特别涉及一种去除畜禽养殖废水中抗生素抗性基因的方法。

背景技术：

随着我国人民生活水平的提高以及经济发展和农业结构的调整，规模化、集约化畜禽养殖逐渐开始代替传统小规模、散养型畜禽养殖。畜禽养殖废水中含有大量污染物，如有机物、氨氮、重金属和大量的病原体等，如不经过处理直接排放，不仅会严重污染地表水体，引起受纳水体富营养化，还会对土壤、地下水和农田生态系统造成破坏。

由于能够促进动物生长、提高饲料效率和治疗控制疾病，兽用抗生素在集约化畜禽养殖业中得到了广泛应用，致使我国畜禽养殖业长期存在超量添加兽用抗生素的现象。抗生素不能在动物体内完全吸收代谢，大部分以原药的形式随粪便排泄出来，这些有毒有害污染物不仅严重威胁我国畜禽产品的质量安全，而且随着畜禽粪便农用进入土壤、水体，导致环境中耐药菌和抗性基因的水平提高。因此，由畜禽养殖污染物引起的抗性基因污染逐渐引起了人们的关注。由于畜禽粪便大多采用水清粪方式清理，往往最后以畜禽养殖废水的方式进入环境，使得畜禽养殖废水成为环境中抗性基因的主要来源之一。

公开号为cn104694653中国专利申请公开了基于消毒技术去除污水中抗生素抗性基因的方法。该方法通过采用紫外和氯化消毒联合技术去除污水中抗生素抗性基因，考察了uv、氯化剂量对去除效果的影响。该方法给出氯化剂量越小，uv辐照剂量越大，二者对目标基因去除的协同作用越大，该方法能够处理污染负荷低的城市污水，对于高负荷的有机废水则没有进行研究。

公开号为cn104671618a中国专利申请公开了一种去除污水中抗生素抗性基因的混凝方法。该方法通过向格栅除水和二级出水中投加聚合氯化铝和聚合硫酸铁对污水中抗生素抗性基因进行去除，考察了混凝剂投加量和ph对去除效果的影响。该方法适用于以医院污水为代表的低负荷污水中抗生素抗性基因的去除，其中聚合氯化铝在较宽的ph为3~8范围内均可取得较好的去除效率。

公开号为cn104773903a中国专利申请公开了一种去除污水中抗生素抗性基因的高级氧化方法。该方法主要通过格栅过滤－沉淀分离－fenton氧化－uv/h2o2氧化－消毒－排放，对污水中抗生素抗性基因进行去除。该方法找到了两种高级氧化方法的最优操作参数，能够对污水中抗生素抗性基因进行有效去除。该方法适用于以医院污水为代表的低负荷污水中抗生素抗性基因的的去除。

畜禽养殖废水属于高浓度的有机废水，而目前去除污水中抗性基因的方法和工艺大多针对水源水或低负荷污水，对高负荷废水中抗生素抗性基因的去除方法的报道很少。混凝沉淀可有效去除废水中微生物，高级氧化方法有损伤细胞dna的能力，也对破坏抗生素抗性基因有较大潜力，但二者联合应用对实际废水中抗生素抗性基因的去除尚无明确研究报道。

技术实现要素：

1.发明目的

本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种能有效去除畜禽养殖废水中抗生素抗性基因的方法，在对畜禽养殖废水的常规污染物有较好去除效果的同时，实现有效去除畜禽养殖废水中抗生素抗性基因的目的。

2.技术方案

为实现本发明的目的，本发明提供一种去除畜禽养殖废水中抗生素抗性基因的方法，该方法采用混凝沉淀－自由基氧化联用工艺；包括以下顺序进行的步骤：向畜禽养殖废水中投加混凝剂进行混凝操作，混凝结束后进行沉淀，分离出畜禽养殖废水的上清液；然后向上清液中加入fe和过二硫酸盐或过一硫酸盐激发产生自由基，该自由基对水样中的抗性基因进行氧化；测定混凝沉淀－自由基氧化联用工艺对畜禽养殖废水中的抗生素抗性基因（args）的去除率。

其中，步骤中所述的混凝剂包括聚合氯化铝（pac）、聚合硫酸铝（pas）、聚合硫酸铁（pfs）、三氯化铁、硫酸铝中的一种或多种。

特别是，不同混凝剂的投加量为0.1~2.5g/l。

尤其是，混凝沉淀过程包括快速搅拌、慢速搅拌和静置沉淀3个阶段；其中快速搅拌的转速为240-700rpm，搅拌时间为30-120s；慢速搅拌的转速为30-100rpm，搅拌时间为5-20min；静置沉淀时间为8-30min。

其中，步骤中所述的fe为feso4·7h2o或fe粉中的一种或多种，过二硫酸盐或过一硫酸盐为钠盐或钾盐中的一种或多种。

特别是，fe的投加量为0.8~1.2mm，过二硫酸盐或过一硫酸盐的加入量为1~2mm。

其中，所述的自由基氧化步骤涉及对投加试剂后液体的搅拌过程，该过程搅拌转速为200rpm，搅拌时间为20s~1min，然后进行20~30min的静置。

其中，该方法处理的畜禽养殖废水包括单独的家禽养殖废水和家畜养殖废水以及它们的混合水样。

其中，该方法处理的畜禽养殖废水中的抗性基因包括四环素类、大环内脂类抗性基因中的一种或多种。

本发明的有益效果是：（1）本方法具有操作方便，简单易行，经济成本较低的优点。

（2）通过混凝沉淀去除畜禽养殖废水中大量的悬浮物，可先行有效地拦截废水中的微生物；fe(ii)和反应产生的自由基可有效去除废水中抗生素抗性基因，降低水环境中抗性基因的污染。

（3）本方法中对畜禽养殖废水中抗性基因的去除效果明显，特别是四环素类、大环内酯类抗性基因的去除率较高，可达1~6log单位。

附图说明：

图1是本发明方法所用的简要流程图；

图2是混凝剂投加量对混凝沉淀后养殖废水上清液浊度影响的曲线图（混凝剂为聚合硫酸铁）。

图3是fe(ii)浓度对畜禽养殖废水中目标基因去除率影响的柱状图（离子浓度为1.2mm）。

图4是fe(ii)浓度对畜禽养殖废水中目标基因去除率影响的曲线图（离子浓度为1.2mm）。

图5是浓度对畜禽养殖废水中目标基因去除率影响的柱状图（fe(ii)离子浓度为1.5mm）。

图6是浓度对畜禽养殖废水中目标基因去除率影响的曲线图（fe(ii)离子浓度为1.5mm）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明：

实施实例1：

畜禽养殖废水选用北京某种猪场废水，废水的codcr（化学需氧量）为6000~8000mg/l，氨氮浓度为800~1000mg/l；养猪废水的codcr的平均值为7000mg/l、氨氮浓度的平均值为900mg/l。该方法包括以下步骤：

（1）混凝沉淀

向废水中加入聚合硫酸铁，使其在废水中浓度达到0.3~2.3g(以fe2o3计)/l，250rpm搅拌30s，150rpm搅拌6min，60rpm搅拌4min，20rpm搅拌5min，静置30min，反应在六联搅拌器中进行。

（2）自由基氧化

向混凝沉淀后的上清液加入feso4·7h2o和na2s2o8，fe(ii)的加入量为1.5mm，的加入量为1.2mm，搅拌反应30s，静置20min。

图2中在聚合硫酸铁投加达到130ml即1.8g(以fe2o3计)/l时，废水的上清液浊度最低。在此基础上，基因teto、tetx、一类整合子inti1和16srrna的去除都比较明显，均在2.5log单位以上。基因teto去除率可达3.88~4.29log单位，基因tetx可去除3.99~4.08log单位，一类整合子inti1的去除率最低，去除了2.71~2.78log单位；16srrna可去除3.78~3.91log单位。

实施实例2：

向废水中加入聚合硫酸铁，使其在废水中浓度达到1.6~1.8g(以fe2o3计)/l，向混凝沉淀后的上清液加入feso4·7h2o和na2s2o8，fe(ii)的加入量为0.9~1.2mm，的加入量为1.2mm，其他步骤和参数与实施实例1相同。

图3中展示了各基因在相同浓度fe(ii)时对去除率的影响。基因teto、tetx、一类整合子inti1和16srrna的去除都比较明显，均在2.5log单位以上。对比4种目标基因的去除率，基因teto和tetx的去除率较高，基因teto去除3.16~4.48log单位，基因tetx可去除4.02~5.29log单位；一类整合子inti1的去除率最低，约为2.8log单位。

图4中展示了各基因在不同浓度fe(ii)时对去除率的影响。整体水平上看，基因tetx的去除率明显高于其他几个基因，可去除4.02~5.16log单位；一类整合子inti1的去除率最低，去除了2.68~2.89log单位；16srrna可去除3.64~3.99log单位。当fe(ii)浓度达到1.8mm时，基因teto去除率下降较明显，降至3.16log单位。

实施实例3：

向废水中加入聚合硫酸铁，使其在废水中浓度达到1.6~1.8g(以fe2o3计)/l。改变fe(ii)和的投加量，fe(ii)的加入量为1.5mm，的加入量为1~2mm。其他步骤和参数与实施实例1相同。

图5中展示了各基因在相同离子浓度时对去除率的影响。基因teto、tetx、一类整合子inti1和16srrna的去除都比较明显，均在1log单位以上；且1.2mm离子浓度以上时，4种目标基因的去除率都要高于0.9mm以下的去除率。当离子浓度下降时，基因teto、tetx和16srrna的去除率都有显著下降，inti1去除率变化不显著。

图6中展示了各基因在不同浓度时对去除率的影响。一类整合子inti1可去除1.98~2.77log单位，与fe(ii)/浓度比例变化相关性不显著。当离子浓度在1.2mm以上时，基因teto、tetx和16srrna的去除率在2.9log单位以上；当离子浓度下降至0.9mm以下时，基因teto、tetx和16srrna的去除率大幅下降，基因teto、tetx去除了1~2log单位，16srrna去除了2.39~2.51log单位。

实施实例4：

向混凝沉淀后的上清液加入fe粉和k2s2o8，fe粉的加入量为1~1.5mm，的加入量为1~2mm，搅拌反应时间为40s。其他步骤和参数与实施实例1相同。

检测args含量，基因teto、tetx的去除率可达3~4log单位，一类整合子inti1的去除率可达2.31~2.87log单位，16srrna的去除率可达4.02~4.98log单位。

实施实例5：

畜禽养殖废水选用北京某养牛场废水，废水的codcr（化学需氧量）为9000~12000mg/l，氨氮浓度为900~1100mg/l；养猪废水的codcr的平均值为10500mg/l、氨氮浓度的平均值为1000mg/l。步骤中所用混凝剂为硫酸铝，投加量(以al2o3计)为1.6~1.8g/l，fe(ii)的投加量为1.5mm，的投加量为1.5mm，其他步骤和参数与实施实例1相同。

检测args含量，基因teto和tetx的去除率可达2.56~4.78log单位，基因ermb和ermf的去除率可达3.44~5.01log单位，一类整合子inti1的去除率可达2.52~2.96log单位，16srrna的去除率可达3.92~4.88log单位。

检测结果经分析可知：（1）当混凝剂有效成分在废水中浓度达到1.6~1.8g/l时，混凝沉淀的效果最好。

（2）在fe(ii)和离子浓度比例在1.25~1时，抗性基因的去除率最高。

（3）本方法在实例中对四环素类、大环内酯类抗性基因的去除率较高，去除率可达1~6log单位。