一种降解污染土壤中抗性基因的修复方法与流程

本发明涉及了污染土壤修复技术领域，具体的是一种降解污染土壤中抗性基因的修复方法。

背景技术：

本部分的描述仅提供与本发明公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

目前抗生素的滥用情况十分严重，导致耐药性细菌的增加及传播速度加速，进而引起人类感染病发病率和致死率的增加。因此，抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes,args)被认为是新型的环境污染物。已有研究表明，抗性基因通常位于质粒、转座子等可动遗传因子(mobilegeneticelement)上，致病菌可通过基因水平转移(horizontalgenetransfer,hgt)作用，从环境非病原性微生物中获得args，并扩散到环境土著微生物中。在土壤、地表水和地下水中的存在的环境土著微生物由此获得了抗性基因,并可大量繁殖成为抗性基因储存库。因此，近些年来土壤中args及其所带来的抗生素抗性的污染受到关注日益增多，将土壤中的抗性基因有效降解也成为环境亟待解决的问题之一。

原有对抗性基因研究控制的手段主要集中于畜禽粪便、河流、湖泊、海洋等水体，对控制和减少土壤抗生素的研究手段相对较少。已有研究表明土壤矿物对抗生素的吸附行为有交叉或联合作用，而土壤中的有机物本身对不同状态的抗生素存在结合或排斥的不确定关系。有研究探讨可用植物修复来修复土壤抗生素的影响，但，植物修复或者根际修复存在见效慢的问题，同时植物的生长期货、污染土壤的浓度和深度等均会影响植物修复的效果。

紫外线(ultraviolet，uv)在给水处理的消毒技术中有广泛的应用，不仅可灭活抗生素抗性细菌的灭活效果，同时可有效去除args。但目前紫外线在污染土壤抗生素的应用也开始展开。但目前对于土壤抗性基因降解有效的紫外波长属于短波灭菌紫外线，穿透能力弱。且对于淋洗后的污染土壤存在湿度较大的问题，这样会造成颗粒之间的粘附现象的产生，降低后续的紫外线降解效果。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种降解污染土壤中抗性基因的修复方法，其首先对污染土壤进行破碎筛分和淋洗，以得到粒径小于2㎜的细颗粒污染土壤、以及被淋洗液修复后的其余土壤，通过电加热机构能够将上述的细颗粒污染土壤的湿度调节至预设的湿度范围内，而采用紫外光辐射的动作，能够有效降解细颗粒污染土壤上的抗性基因。

本申请实施例公开了：一种降解污染土壤中抗性基因的修复方法，包括以下步骤：

将污染土壤进行多级破碎筛分，得到粒径小于2㎜的土粒，同时采用淋洗液对每级破碎筛分的污染土壤进行淋洗，其中，在多级破碎筛分过程中，淋洗液用于对土粒上的抗性基因进行洗脱，从而使粒径大于或等于2㎜的土粒上的抗性基因溶于淋洗液中；

将上述小于2㎜的土粒和淋洗液混合成的泥浆实现泥水分离，得到泥饼和废水；

将泥饼打松均匀并且去除泥饼中的水分，得到均匀且分散的细颗土粒；

通过紫外线辐射上述细颗土粒，以对所述细颗土粒上的抗性基因进行降解。

进一步地，在步骤“通过紫外灯辐射上述细颗土粒”中，还包括通过高频振动器作用于所述细颗土粒，以使得所述细颗土粒能够相对紫外灯滚动。

进一步地，在步骤“将污染土壤进行多级破碎筛分”之前，包括将污染土壤经过初步筛分以去除大粒径杂物，并通过allu斗将上述初步筛分后的污染土壤破碎至18㎜的土粒。

进一步地，在步骤“将污染土壤进行多级破碎筛分”中，包括第一级破碎筛分工序和第二级破碎筛分工序；

所述第一级破碎筛分工序包括：分别将18㎜的土粒和自来水分别输送至土壤擦洗机中，并通过所述土壤擦洗机使得18㎜的土粒和自来水充分混合均匀，并将粘附在18㎜的土粒上的粘粒和抗性基因进行洗脱；

所述第二级破碎筛分工序包括：将第一级破碎筛分工序处理后的污染土壤输送至土壤水力振动筛，并通过所述土壤水力振动筛将污染土壤筛分成粒径为大于10㎜、2-10㎜之间、小于2㎜的三个等级，其中，将大于10㎜的污染土壤输送至砾石堆，将2-10㎜之间的污染土壤输送至螺旋洗砂机，将小于2㎜的污染土壤和淋洗后的水溶液输送至压滤机。

进一步地，在步骤“所述第二级破碎筛分工序”中，对所述螺旋洗砂机中添加淋洗液，通过所述螺旋洗砂机对粒径在2-10㎜之间的污染土壤上的抗性基因进行洗脱，淋洗后的水溶液输送至压滤机。

进一步地，在步骤“得到泥饼和废水”中，包括以下工序：

将上述废水导入混凝沉淀池，并在所述废水中按1:1000的质量比例加入混凝剂，使得所述废水在混凝沉淀后的水体浊度小于20ntu；

通过格栅将上述经过混凝沉淀后的废水中的悬浮性固体物去除，并导入紫外线水处理装置中，通过所述紫外灯水处理装置产生的波长为250-260nm的紫外线辐射上述废水，辐射时间在50-70s之间；

将混凝沉淀池中的混凝沉淀物采用板框压滤实现泥水分离，得到泥饼和废水，对上述的废水收集处理。

进一步地，在步骤“将泥饼打松均匀并且去除泥饼中的水分”中，通过对上述泥饼进行电加热的方式去除泥饼中的水分。

借由以上的技术方案，本发明的有益效果如下：首先对污染土壤进行破碎筛分和淋洗，以得到粒径小于2㎜的细颗粒污染土壤、以及被淋洗液修复后的其余土壤，通过电加热机构能够将上述的细颗粒污染土壤的湿度调节至预设的湿度范围内，而采用紫外光辐射的动作，能够有效降解细颗粒污染土壤上的抗性基因。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的方法流程图；

图2是本发明实施例中的实施例1中污染土壤的丰度表；

图3是本发明实施例中的实施例2中污染土壤的丰度表；

图4是本发明实施例中的电加热机构的整体结构示意图；

图5是本发明实施例中的电加热机构的部分结构示意图；

图6是本发明实施例中的电加热机构的部分结构示意图；

图7是本发明实施例中的紫外灯降解机构的整体结构示意图；

图8是本发明实施例中的紫外灯降解机构的部分结构示意图。

以上附图的附图标记：1、壳体；2、旋转刮板；3、加热盘管；4、进料口；5、出料口；6、搅拌区域；7、传送件；8、振动件；9、密封件；10、紫外灯；11、操作面板。。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

结合图1至图3所示，本实施例中公开了一种降解污染土壤中抗性基因的修复方法，在该方法中包括多级破碎筛分机构、泥水分离机构、电加热机构和紫外灯降解机构。利用上述机构能够降解污染土壤中抗性基因，其中降解步骤包括：

通过多级破碎筛分机构将污染土壤进行多级破碎筛分，得到粒径小于2㎜的土粒，同时采用淋洗液对每级破碎筛分的污染土壤进行淋洗，其中，在多级破碎筛分过程中，淋洗液用于对土粒上的抗性基因进行洗脱，从而使粒径大于或等于2㎜的土粒上的抗性基因溶于淋洗液中

通过泥水分离机构将上述小于2㎜的土粒和淋洗液混合成的泥浆实现泥水分离，得到泥饼和废水；

通过电加热机构将泥饼打松均匀并且去除泥饼中的水分，得到均匀且分散的细颗土粒；

通过紫外灯降解机构，利用紫外灯机构产生的紫外线辐射上述细颗土粒，以对所述细颗土粒上的抗性基因进行降解。

从土壤的理化性质来说，土壤是由不同粒径的颗粒构成的，对于粒径越小的颗粒，其比表面积越大，一般土壤的污染物大多集聚和富集在细颗粒中，进而随着粒径减小，土壤中集聚和富集的抗性基因越多。针对上述的问题，本方法中，通过多级破碎筛分机构，能够将勿让土壤分成粒径为大于10㎜、2-10㎜、小于2㎜三个等级。

本方法中，多级筛分破碎机构中的淋洗液优选为清水或自来水，采用物理淋洗的方式，能够将污染中的砾石、沙土和黏土等组分分开，且能够将大颗粒和中颗粒土壤表面松散附着的抗性基因洗脱，以溶于淋洗液中。上述使用后的淋洗液紧水处理机构处置后可回用或达标排放。

实施例1：

供试的污染土壤来自于苏州某医疗废弃物堆置场地。

上述的污染土壤中含有的抗性基因主要包括氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类。其中，在降解前所述污染土壤上的氨基糖苷类的丰度为0.0266、氯霉素类的丰度为0.0153、磺胺类的丰度为0.0397、四环素类的丰度为0.00508。

首先对污染土壤进行预处理，包括初步筛分以去除大粒径杂物，并通过allu斗将上述初步筛分后的污染土壤破碎至粒径大约为18㎜的土粒。

将预处理得到的粒径大约为18㎜的土粒输送至土壤擦洗机中，进行第一级破碎筛分工序，所述土壤擦洗机在工作过程中，会对上述粒径大约为18㎜的土粒施加淋洗液(自来水)，使得上述的土粒能够充分地与淋洗液混合均匀，进而初步对附着在上述土粒表面粘粒以及抗性基因进行洗脱，被洗脱的抗性基因溶于上述的淋洗液中。

将经过第一级破碎筛分工序土粒输送至土壤水力振动筛，进而第二级破碎筛分工序，所述土壤水力振动筛在工作过程中，会将上述的土粒进行破碎，并对不同粒径的土粒进行筛分，得到粒径为大于10㎜、2-10㎜之间、小于2㎜的三个等级，其中，将大于10㎜的污染土壤输送至砾石堆，将2-10㎜之间的污染土壤输送至螺旋洗砂机，将小于2㎜的污染土壤和淋洗后的水溶液输送至压滤机。

上述过程中，优选地，对所述螺旋洗砂机中添加淋洗液，通过所述螺旋洗砂机对粒径在2-10㎜之间的污染土壤上的抗性基因进行洗脱，淋洗后的水溶液输送至压滤机。采用上述方式，能够较好地对不同粒径的土粒表面附着的抗性基因进行洗脱。

经过上述的处理步骤，其中，粒径大于10㎜土粒上附着的氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类的数值均为0；粒径在2-10㎜土粒上附着的氨基糖苷类数值为0.00166、氯霉素类数值为0、磺胺类数值为0.002106、四环素类数值为0.001555。

将上述处理后的粒径小于2㎜的土粒和淋洗液形成的泥浆输送至泥水分离机构，所述泥水分离机构采用板式压滤的方式对上述的泥浆进行泥水分离以得到泥饼和废水，并对上述废水进行收集处理。

上述的泥饼具有湿度大的弊端，如果直接采用紫外灯降解机构进行处理，则由于紫外灯穿透能力弱的弊端，而造成上述土粒上附着的抗性基因去除效率低的缺点。且由于湿度较大的问题，对土粒进行摊平的动作也较难完成。

针对上述的技术问题，本方法采用将上述的泥饼输送至电加热机构，通过电加热机构能够将泥饼打松均匀并且去除泥饼中的水分，得到均匀且分散的细颗土粒。

将上述的细颗土粒输送至紫外灯降解机构，其中将上述的细颗土粒摊平在传送件上，控制细颗土粒的厚度为5㎜，并以20m/s的传送速度对上述的细颗土粒进行传送，通过紫外线辐射上述细颗土粒，以对所述细颗土粒上的抗性基因进行降解；上述选取紫外线的波长为254nm，控制所述紫外线的辐射强度大于1000uw/cm²

经过上述的降解工序，粒径小于2㎜土粒上附着的氨基糖苷类数值为0.004592、氯霉素类数值为0.0008、磺胺类数值为0.000981、四环素类数值为0.001529。

实施例2：

供试的污染土壤来自于昆山某医疗废弃物堆置场地。

上述的污染土壤中含有的抗性基因主要包括氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类。其中，在降解前所述污染土壤上的氨基糖苷类的丰度为0.0276、氯霉素类的丰度为0.0183、磺胺类的丰度为0.0367、四环素类的丰度为0.00538。

首先对污染土壤进行预处理，包括初步筛分以去除大粒径杂物，并通过allu斗将上述初步筛分后的污染土壤破碎至粒径大约为18㎜的土粒。

将预处理得到的粒径大约为18㎜的土粒输送至土壤擦洗机中，进行第一级破碎筛分工序，所述土壤擦洗机在工作过程中，会对上述粒径大约为18㎜的土粒施加淋洗液(自来水)，使得上述的土粒能够充分地与淋洗液混合均匀，进而初步对附着在上述土粒表面粘粒以及抗性基因进行洗脱，被洗脱的抗性基因溶于上述的淋洗液中。

将经过第一级破碎筛分工序土粒输送至土壤水力振动筛，进而第二级破碎筛分工序，所述土壤水力振动筛在工作过程中，会将上述的土粒进行破碎，并对不同粒径的土粒进行筛分，得到粒径为大于10㎜、2-10㎜之间、小于2㎜的三个等级，其中，将大于10㎜的污染土壤输送至砾石堆，将2-10㎜之间的污染土壤输送至螺旋洗砂机，将小于2㎜的污染土壤和淋洗后的水溶液输送至压滤机。

上述过程中，优选地，对所述螺旋洗砂机中添加淋洗液，通过所述螺旋洗砂机对粒径在2-10㎜之间的污染土壤上的抗性基因进行洗脱，淋洗后的水溶液输送至压滤机。采用上述方式，能够较好地对不同粒径的土粒表面附着的抗性基因进行洗脱。

经过上述的处理步骤，其中，粒径大于10㎜土粒上附着的氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类的数值均为0；粒径在2-10㎜土粒上附着的氨基糖苷类数值为0.00176、氯霉素类数值为0、磺胺类数值为0.002156、四环素类数值为0.001573。

将上述处理后的粒径小于2㎜的土粒和淋洗液形成的泥浆输送至泥水分离机构，所述泥水分离机构采用板式压滤的方式对上述的泥浆进行泥水分离以得到泥饼和废水，并对上述废水进行收集处理。

上述的泥饼具有湿度大的弊端，如果直接采用紫外灯降解机构进行处理，则由于紫外灯穿透能力弱的弊端，而造成上述土粒上附着的抗性基因去除效率低的缺点。且由于湿度较大的问题，对土粒进行摊平的动作也较难完成。

针对上述的技术问题，本方法采用将上述的泥饼输送至电加热机构，通过电加热机构能够将泥饼打松均匀并且去除泥饼中的水分，得到均匀且分散的细颗土粒。

将上述的细颗土粒输送至紫外灯降解机构，其中将上述的细颗土粒摊平在传送件上，控制细颗土粒的厚度为2㎜，并以6m/s的传送速度对上述的细颗土粒进行传送，通过紫外线辐射上述细颗土粒，以对所述细颗土粒上的抗性基因进行降解；上述选取紫外线的波长为254nm，控制所述紫外线的辐射强度大于1000uw/cm²

经过上述的降解工序，粒径小于2㎜土粒上附着的氨基糖苷类数值为0.004873、氯霉素类数值为0.0000、磺胺类数值为0.000783、四环素类数值为0.001029。

综上，可以根据不同的抗性基因，选取不同的传送速度和土粒的平铺厚度，以达到最优化的降解效果。

上述的两个实施例中，均包括对得到的废水进行处理，具体包括：

将上述废水导入混凝沉淀池，并在所述废水中按1:1000的质量比例加入混凝剂，使得所述废水在混凝沉淀后的水体浊度小于20ntu；

通过格栅将上述经过混凝沉淀后的废水中的悬浮性固体物去除，并导入紫外线水处理装置中，通过所述紫外灯水处理装置产生的波长为250-260nm的紫外线辐射上述废水，辐射时间在50-70s之间。

经过上述处理后，废水中的氨基糖苷类、氯霉素类、磺胺类、四环素类的数值均为0。

结合图4至图6所示，该电加热机构包括呈圆筒状的壳体1、设置在所述壳体1内的多个旋转刮板2、设置在所述壳体1内的加热盘管3。具体地，所述壳体1具有一密封腔体，该所述壳体1的顶部上开设有一连通所述密封腔体的进料口4、底部上开设有一连通所述密封腔体的出料口5。通过上述的进料口4能够将泥饼输送至所述壳体1的密封腔体内。

上述的所述壳体1内设置有一沿其轴线延伸的旋转轴，多个所述旋转刮板2的固定端分别固定设置在所述旋转轴上，且多个所述旋转刮板2绕所述旋转轴的周向均布设置。每个所述旋转刮板2的游离端能够与所述壳体1的内侧壁抵接，且每个所述旋转刮板2的下端面与所述壳体1的底部抵接，通过上述的结构设置，能够使得相邻两个所述旋转刮板2之间形成用于容置泥饼的独立的搅拌区域6。优选地，由于每个所述旋转刮板2在所述旋转轴的带动下持续旋转，进而使得上述的搅拌区域6在转动过程中能够依次和所述进料口4和出料口5连通。

上述的所述加热盘管3设置在壳体1的顶部位置处，以能够对处于所述密封腔体内的泥饼进行持续加热，配合所述旋转刮板2持续的转动实现搅拌，进而能够有效去除泥饼中多余的水分，使得污染土壤有泥饼状态转换成松散状，从而能够便捷地对污染土壤实现平铺动作。

结合图7和图8所示，本实施方式中，所述紫外灯降解机构用于对接所述出料口5，包括用于承载泥饼打松后形成的污染土壤的传送件7、与所述传送件7连接的振动件8、沿污染土壤传送方向设置在传送件7上的密封件9、位于所述密封件9内的多个紫外灯10。

具体地，所述传送件7包括由pvc材料制成的传送带，由于所述传送带用于对含有抗性基因的污染土壤进行传送，结合pvc材料具有不能被细菌及菌类所腐化的特性，进而能够长期有效地对污染土壤进行传送，也不会对污染土壤产生反向污染的弊端。

优选地，上述传送带的传送速度设置在6-20m/s之间，传送带的宽度设置在800mm左右，上述的结构设置，在保证传送件7整体结构小巧的同时，通过控制传送速度并配合修复机构，能够对位于所述传送件7上的污染土壤进行高效修复。

上述的所述振动件8优选地为高频振动器，所述高频振动器可作用于整个所述传送带上，也可以仅作用于所述辐射机构对应的传送带的位置处。所述高频振动器具有频率高、振幅小的特性，以使得位于所述高频振动器作用处的污染土壤具有振动、翻滚的运动状态，从而使得污染土壤的各个面均能够有效地受到所述修复机构的辐射，进而有效地去除污染土壤上的抗性基因。

在另一种可实施方式中，为了避免上述污染土壤在振动的过程中从所述传送带上脱落的现象产生，在沿土壤传送方向上设置有位于所述传送带两侧以能够对振动的土壤进行遮挡的挡板件，从而使得所述污染土壤在传送的过程中始终处于所述传送带上。

上述的所述密封件9包括具有一密封腔体的壳体1，该壳体1具有供所述传送件7穿设的输入口和输出口，以使得所述传送件7能够将所述污染土壤传送至上述的密封腔体内，以配合所述紫外灯10对所述污染土壤进行辐射。

上述的多个所述紫外灯10均部设置在所述壳体1的顶部，优选地，所述紫外灯10的数量设置有25个且呈矩形状分布，以便于对污染土壤进行均匀辐射。其中，所述紫外灯10的辐射强度大于1000uw/cm2，波长优选为254nm。此处，由于上述规格的紫外灯10穿设土壤的能力较弱，为了能够更高效地对污染土壤中的抗性基因进行去除，平铺在所述传送带上的土壤的厚度控制在2-6㎜之间。

上述的设置方式中，每个所述紫外灯10对应有一个点灯电源，其中，所述点灯电源包括规格为30w的镇流器。优选地，每个所述紫外灯10可独立运行，从而使得所述紫外灯10能够产生不同的辐射强度，以适应污染土壤的不同辐射要求。

本实施方式中，所述密封件9上设置有能够与外部连通以对所述密封件9的内部进行降温的冷却风扇。具体地，所述壳体1的上部中间处设置有与所述冷却风扇配合的排气口，冷却风扇能够将所述壳体1的密封腔内的热气流从上述的排气口输送至外部，进而保证所述壳体1的密封腔内的温度处于正常辐照所需的温度范围内。

本实施方式中，所述密封件9上还设置有能够与外部连通的以将密封件9的内部灰尘带到外部的除尘件。具体地，该除尘件包括设置在所述壳体1的进料口4处的吸风罩，将振动中的污染土壤和外界中产生的灰尘等杂质排放至所述密封腔体的外部，进而保证所述密封腔体内部的洁净度。

本实施方式中，该设备包括用于对该设备进口控制的控制器和操作面板11。所述控制器分别与上述的传送机构、修复机构、冷却风扇、除尘件等实现各功能的部件信号连接，进而操作人员通过操作面板11能够分别控制各部件的动作，提高整体设备的智能性。

上述的结构设置，该设备整体集成化程度高，且整体的结构运行仅对其供电即可保证动作的有序完成。综上，该上述机构形成的设备能够作为移动式设备可以较为便捷地移动至所需位置。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。