養(yǎng)豬場(chǎng)污水處理工藝

　1 引言

　　畜禽養(yǎng)殖業(yè)是我國(guó)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)模化發(fā)展，為提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、防治疾病，養(yǎng)殖過(guò)程添加了一定量的重金屬與抗生素.據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年我國(guó)獸用抗生素消耗9.7萬(wàn)噸，占全國(guó)抗生素總用量的54%.而不被機(jī)體吸收、降解的抗生素排放到環(huán)境中，據(jù)Zhou等估算我國(guó)每年生豬和奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)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(guò)程抗生素和重金屬使用與養(yǎng)殖場(chǎng)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(kù).抗性基因作為一種新型污染物，可能對(duì)公共健康、食品和飲用水安全構(gòu)成威脅.胡永飛等對(duì)162個(gè)健康人腸道微生物宏基因組(Metagenome)中的耐藥基因進(jìn)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(lèi)腸道四環(huán)素抗性基因極有可能來(lái)自于獸用抗生素的使用以及抗性基因沿食物鏈的傳播.

畜禽養(yǎng)殖過(guò)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?gòu)?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(duì)豬飼料、腸道和糞便中抗銅細(xì)菌進(jìn)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(shí)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(huì)阻止抗性基因的傳播，養(yǎng)殖場(chǎng)重金屬使用可能會(huì)通過(guò)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(lèi)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(chǎng)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.

　　指出重金屬和抗生素抗性的協(xié)同選擇機(jī)制主要是因?yàn)橹亟饘俸涂股氐目剐詸C(jī)制的耦合作用，包括叉抗性(crossresistance)和協(xié)同抗性(coresistance).叉抗性是某種抗性基因編碼的酶或蛋白具有提高細(xì)胞耐受多種抑菌物質(zhì)(如抗生素或重金屬)的能力，如多重藥劑外排泵(multi drug efflux pumps)，其可以將毒性物質(zhì)迅速排出細(xì)胞外.而協(xié)同抗性指的是具有兩種或多種抗性功能的基因相互鄰近并在一個(gè)移動(dòng)基因元件上.如豬糞中分離的質(zhì)粒pMC2，攜帶大環(huán)內(nèi)脂、四環(huán)素等抗生素抗性基因和汞、鉻等重金屬抗性基因，具有很強(qiáng)的移動(dòng)和結(jié)合能力總結(jié)了畜禽糞便中重金屬引起抗生素協(xié)同抗性的zui小濃度(Minimum coselective concentration，MCC)，Cu和Zn的MCC值分別為11.79和22.75 mg · kg-1 DM，但作者也指出非常缺乏畜禽養(yǎng)殖廢水重金屬對(duì)抗生素抗性基因協(xié)同選擇的數(shù)據(jù).另外，養(yǎng)殖廢水復(fù)合污染的特性也增加了抗性基因研究的難度.4 畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝對(duì)抗性基因的消減 (Removal of antibiotic resistance genes during process of animal wastewater treatment) 4.1 常規(guī)生物處理工藝

　　厭氧消化是畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)采用的廢水處理工藝.指出厭氧過(guò)程抑制細(xì)菌代謝，對(duì)抗性基因傳播具有抑制作用.指出ARGs去除與厭氧菌群結(jié)構(gòu)具有相關(guān)性，主要表現(xiàn)在抗性基因的宿主菌群在厭氧環(huán)境中的變化.

　　針對(duì)厭氧消化處理養(yǎng)殖廢水抗性基因的變化，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研較多，參數(shù)優(yōu)化的研究較少，針對(duì)豬場(chǎng)廢水的研究較多，其他種類(lèi)的養(yǎng)殖廢水研究較少，不同生物處理工藝抗性基因賦存特征詳見(jiàn)表 2.研究了不同規(guī)模豬場(chǎng)的廢水生物處理系統(tǒng)抗性基因去除效果，結(jié)果表明厭氧消化和好氧生物處理對(duì)tetA、tetW、sul1、sul2、blaTEM抗性基因平均去除率在33.3%~97.56%.考察了環(huán)境溫度下厭氧消化在不同季節(jié)的處理效果，夏季ermB、ermF、ermX的去除效果優(yōu)于冬季，夏季厭氧消化出水較豬場(chǎng)原廢水ermB、ermF、ermX和tetG平均降低1.2、0.8、0.7和1.1 log copies · mL-1，表明溫度是厭氧消化去除抗性基因的重要控制指標(biāo).針對(duì)溫度對(duì)厭氧消化抗性基因消減的影響，)指出高溫厭氧消化對(duì)四環(huán)素類(lèi)抗性基因tetA、tetO、tetW、tetX有顯著去除，它們的去除符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，而tetL只存在于革蘭氏陰性菌，厭氧處理對(duì)其去除效果不明顯，而在好氧高溫處理(55 ℃)過(guò)程中tetL豐度表現(xiàn)出線(xiàn)性降低趨勢(shì).比較了高溫和中溫厭氧消化對(duì)牛糞中耐藥菌的影響，結(jié)果表明高溫可全部消滅多重耐藥菌(抗*、*、*、*、*等)，而中溫發(fā)酵只可以去除多重耐藥菌1~2 log cfu · mL-1.

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