大型養(yǎng)鵝場污水處理設(shè)備公司

 引言

　　畜禽養(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世紀公共衛(wèi)生的嚴峻挑戰(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)殖廢水攜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險提供借鑒.

　　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，分別為降低細胞內(nèi)抗生素濃度(包括降低細胞通透性或外排)、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).

　　在畜禽養(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.

消毒工藝

　　已有研究考察了消毒工藝(包括紫外、臭氧、加氯)處理畜禽養(yǎng)殖廢水時對耐藥菌的殺滅效果.研究發(fā)現(xiàn)，加氯量和臭氧用量分別為30 mg · L-1和100 mg · L-1時，豬場氧化塘廢水中細菌總數(shù)分別去除了2.2~3.4 log cfu · mL-1和3.3~3.9 log cfu · mL-1，然而林可酰胺、*、磺胺甲惡唑耐藥菌對加氯消毒不敏感，而四環(huán)素耐藥菌對加氯消毒敏感，臭氧對耐藥菌的影響并未給出相應(yīng)結(jié)果.加氯對抗*腸球菌具有較好的滅殺作用.而GomezAlvarez等研究加氯消毒對飲用水中抗性基因的影響，宏基因組數(shù)據(jù)表明加氯消毒后飲用水中仍含有編碼β內(nèi)酰胺酶(bla)、外排泵等抗生素抗性基因，表明耐受氧化性的細菌同時攜帶抗生素抗性基因.關(guān)于紫外和臭氧對畜禽養(yǎng)殖廢水抗性基因的去除研究較為缺乏,研究了紫外滅菌對市政排水抗性基因消減的影響，結(jié)果表明紫外強度為249.5 mJ · cm-2時對抗性基因消減效果佳，tetX和16S rRNA分別去除了0.58和0.60 log.Oh等采用模擬實驗研究了臭氧對耐藥性埃希氏大腸桿菌(Eschericia coli， E. coli)的去除，結(jié)果表明臭氧劑量為3 mg · L-1時耐藥性E. coli去除了1 log.

　　4.4 組合工藝

　　畜禽養(yǎng)殖廢水通常采用厭氧好氧組合工藝進行處理.Chen等在監(jiān)測某豬場夏季廢水處理工藝對抗性基因去除效果時，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過厭氧消化好氧濾池處理，ermB豐度分別降低了1.2 log、0.9 log copies · mL-1，而ermB在出水儲存池中已低于檢測限;tetG在厭氧、好氧過程分別降低了1.1 log、3.4 log copies · mL-1.對我國東部某豬場廢水采用厭氧消化與氧化塘組合工藝去除抗性基因的效果進行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)tetO、tetQ、tetW有明顯去除，豐度從10-1降至10-3 copies/16S rRNA，這可能由于tetQ和tetW宿主細菌多為厭氧菌，而tetO多為好氧菌攜帶，這些抗性基因無法在厭氧好氧交替環(huán)境中維持.而關(guān)于生物處理與消毒組合工藝對畜禽廢水中抗性基因的去除作用，研究結(jié)果非常缺乏.

　　5 畜禽養(yǎng)殖廢水農(nóng)田利用對土壤和植物中抗性基因的影響

　　由于畜禽養(yǎng)殖廢水中富含有機質(zhì)、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，通常經(jīng)過厭氧發(fā)酵、氧化塘等工藝處理后，作為肥水還田利用，這既節(jié)約了處理成本，也促進了養(yǎng)分循環(huán)利用，目前我國、美國、歐洲等都推行畜禽養(yǎng)殖廢水的農(nóng)田利用.然而，畜禽養(yǎng)殖廢水農(nóng)田利用可能產(chǎn)生抗性基因從養(yǎng)殖場向農(nóng)田土壤的傳播風險.

　　土壤是重要的抗性基因儲存庫，其中主要的抗性基因來源包括土壤中固有的抗性微生物所攜帶的抗性基因，以及外源進入土壤中抗性微生物所攜帶的抗性基因，但有關(guān)土壤中抗性基因的研究較為缺乏.)指出豬糞施用于農(nóng)田存在抗性基因的水平轉(zhuǎn)移風險，由于糞源微生物與土壤微生物不同，糞源微生物進入土壤后在幾個月中大量消失，但抗性基因可通過水平轉(zhuǎn)移進入土壤本土微生物中，進而引起土壤微生物抗性基因豐度的增加.而研究發(fā)現(xiàn)牛糞農(nóng)田利用引起土壤中抗性基因blaCEP豐度的提高是由于攜帶抗性基因的假單胞菌(Pseudomonas sp.)和紫色桿菌(Janthinobacterium sp.)的增殖，而這兩種細菌來自于土壤，而非糞便引入.糞便農(nóng)田利用可引起抗性基因豐度提高，但其微生物學機制仍不明確.

　　畜禽養(yǎng)殖廢水還田利用一定時間內(nèi)會顯著提高土壤中抗性基因豐度.對北京某豬場周邊土壤四環(huán)素抗性基因進行了定量檢測，發(fā)現(xiàn)豐度較高的四環(huán)素類抗性基因為tetB/P、tetT、tetM、tetO和tetW，其基因拷貝數(shù)范圍在106~108 copies · g-1 DM，并認為tet抗性基因存在由畜禽養(yǎng)殖向土壤的轉(zhuǎn)移.的研究發(fā)現(xiàn)，豬場廢水農(nóng)田利用后土壤中抗性基因tetQ、tetZ和整合子intI1、intI2分別提高了500、9和6、123倍.的研究發(fā)現(xiàn)，施用豬場厭氧消化液的土壤中四環(huán)素類抗性基因豐度為105～108 copies · g-1，顯著高于未施用豬場廢水的土壤，而作物類型對抗性基因的豐度影響較小.)研究了抗性基因沿土壤深度的變化，結(jié)果表明tetO、tetW、tetM、tetA豐度沿土壤深度在0~80 cm逐漸降低.)發(fā)現(xiàn)，飼料中添加*顯著影響豬糞還田后土壤中sul抗性基因的變化，添加磺胺處理組在第60 dsul1抗性基因豐度降低至10-3 copies/16S rRNA、而sul2升高至10-1 copies/16S rRNA，飼料未添加*處理組sul1和sul2均呈現(xiàn)降低趨勢，豐度分別為10-6和10-5 copies/16S rRNA研究了施用豬糞的玉米根際土壤與非根際土壤微生物群落變化，結(jié)果表明根際土壤sul1和sul2抗性基因略低于非根際土壤，可能與根際環(huán)境*降解速度快有關(guān)，而sul基因常與質(zhì)粒結(jié)合，根際土壤是質(zhì)粒發(fā)生結(jié)合轉(zhuǎn)移的熱點區(qū)域.考察了土壤類型對抗性基因的影響，發(fā)現(xiàn)壤土中sul2基因豐度高于砂土.)采用宏基因組文庫研究了土壤中不可培養(yǎng)細菌攜帶的抗性基因，結(jié)果表明豬糞還田的土壤攜帶四環(huán)素類、*、氨基糖胺類、*類抗性基因.同未施用畜禽糞便的土壤相比，發(fā)現(xiàn)施用豬糞的土壤中大環(huán)內(nèi)脂類抗性基因(ermA、ermB、ermF等)和質(zhì)粒(IncQ、IncW)豐度有提高.發(fā)現(xiàn)攜帶多重抗性的質(zhì)粒IncP-1ε在糞便施用后的土壤中擴散.

污水簡介

養(yǎng)殖場污水主要包括尿、部分糞便和沖洗水，屬高濃度有機污水，而且懸浮物和氨氮含量大。這種未經(jīng)處理的污水進入自然水體后，使水中固體懸浮物、有機物和微生物含量升高，改變水體的物理、化學和生物群落組成，使水質(zhì)變壞。污水中還含有大量的病原微生物將通過水體進行擴散傳播，危害人畜健康。為了做到經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的三者有機結(jié)合，必須對其污水進行有效的治理。

污水特點

養(yǎng)殖污水具有典型的“三高特征”即有機物濃度高COD高達3000-12000mg/l，氨氮高達800-2200mg/l，懸浮物多SS超標數(shù)十倍，色度深，并含有大量的細菌，氨氮、有機磷含量高?？缮院?，沖擊負荷大。

處理方法

養(yǎng)殖場廢水處理方法可簡單地歸納為物理處理法、化學處理法和生物處理法，應(yīng)用廣泛的是生物處理法，即主要通過微生物的生命過程把污水中的有機物轉(zhuǎn)化為新的微生物以及簡單形式的無機物，從而達到去除有機物的目的。廢水自流進入格柵池，其作用是去除污中固體懸浮物，然后廢水流至調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)有效地進行水量和水質(zhì)調(diào)節(jié)，經(jīng)提升泵送入缺氧池，在缺氧池，污水經(jīng)厭氧消化，去除部分污染物質(zhì)，部分難降解的有機物質(zhì)在此轉(zhuǎn)化為易降解的物質(zhì)有利于好氧消化處理。流入好氧池后，填料上吸附的大量活性生物膜，在氧氣充足的條件下，生物膜內(nèi)的菌體大量吞食污水中的有機污染物，進行新陳代謝，去除水中的有機污染物，水中的懸浮物沉淀到污泥斗中，污泥在斗中經(jīng)過一段時間的濃縮后，定期回流到調(diào)節(jié)池，剩余污泥排入干化池進行干化和回收處理，出水經(jīng)兼性塘進行后續(xù)處理后達標排放。

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