禽畜養殖場污水處理

基于抗性機制分類畜禽養殖廢水中抗性基因賦存特征

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

　　3 畜禽養殖廢水中重金屬對抗生素抗性基因的影響 

　　畜禽養殖過程在飼料中添加銅、鋅等重金屬引起豬糞水中抗銅、抗鋅細菌的增加，畜禽養殖廢水存在抗生素與重金屬復合污染特征.在重金屬的選擇壓力下，畜禽養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菌進行了分析鑒定，發現豬糞中抗銅大腸桿菌與飼料中硫酸銅添加量正相關，分離得到的239株抗銅細菌中攜帶抗銅基因pcoA、pcoC、pcoD，攜帶抗銅基因的細菌也同時攜帶鏈霉素和四環素的抗性基因(strA、strB、tetB).而研究了豬糞中抗鋅細菌的分布規律，結果表明豬糞中普遍存在抗鋅細菌，抗鋅大腸桿菌的檢出率與飼料中氧化鋅的添加成正相關關系;抗鋅菌株主要攜帶抗鋅基因zntA.

　　畜禽養殖環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，養殖場重金屬使用可能會通過協同選擇增加抗生素抗性基因的傳播.研究發現磺胺類sulA與重金屬Hg、Cu、Zn具有顯著相關關系.研究發現豬場廢水中高濃度的Cu和Zn顯著提高了耐β內酰胺大腸桿菌的豐度.

 圖1 豬糞分離的具有重金屬與抗生素協同抗性的質粒pMC2

　　指出重金屬和抗生素抗性的協同選擇機制主要是因為重金屬和抗生素的抗性機制的耦合作用，包括叉抗性(crossresistance)和協同抗性(coresistance)叉抗性是某種抗性基因編碼的酶或蛋白具有提高細胞耐受多種抑菌物質(如抗生素或重金屬)的能力，如多重藥劑外排泵(multi drug efflux pumps)，其可以將毒性物質迅速排出細胞外.而協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移動基因元件上.如豬糞中分離的質粒pMC2，攜帶大環內脂、四環素等抗生素抗性基因和汞、鉻等重金屬抗性基因，具有很強的移動和結合能力總結了畜禽糞便中重金屬引起抗生素協同抗性的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殖廢水重金屬對抗生素抗性基因協同選擇的數據.另外，養殖廢水復合污染的特性也增加了抗性基因研究的難度.4 畜禽養殖廢水處理工藝對抗性基因的消減 (Removal of antibiotic resistance genes during process of animal wastewater treatment) 4.1 常規生物處理工藝

　　厭氧消化是畜禽養殖場采用的廢水處理工藝.指出厭氧過程抑制細菌代謝，對抗性基因傳播具有抑制作用.指出ARGs去除與厭氧菌群結構具有相關性，主要表現在抗性基因的宿主菌群在厭氧環境中的變化.

　　針對厭氧消化處理養殖廢水抗性基因的變化，現場調研較多，參數優化的研究較少，針對豬場廢水的研究較多，其他種類的養殖廢水研究較少，不同生物處理工藝抗性基因賦存特征詳見表 2.研究了不同規模豬場的廢水生物處理系統抗性基因去除效果，結果表明厭氧消化和好氧生物處理對tetA、tetW、sul1、sul2、blaTEM抗性基因平均去除率在33.3%~97.56%.考察了環境溫度下厭氧消化在不同季節的處理效果，夏季ermB、ermF、ermX的去除效果優于冬季，夏季厭氧消化出水較豬場原廢水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.針對溫度對厭氧消化抗性基因消減的影響，)指出高溫厭氧消化對四環素類抗性基因tetA、tetO、tetW、tetX有顯著去除，它們的去除符合一級反應動力學模型，而tetL只存在于革蘭氏陰性菌，厭氧處理對其去除效果不明顯，而在好氧高溫處理(55 ℃)過程中tetL豐度表現出線性降低趨勢.比較了高溫和中溫厭氧消化對牛糞中耐藥菌的影響，結果表明高溫可全部消滅多重耐藥菌(抗頭孢唑啉、新霉素、萬古霉素、土霉素、氨芐西林等)，而中溫發酵只可以去除多重耐藥菌1~2 log cfu · mL-1.

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豬場廢水生物處理過程中抗性基因的賦存特性

　　除厭氧消化工藝以外，氧化塘、人工濕地也是畜禽養殖場廣泛使用的廢水處理工藝.Joy等.調查了氧化塘儲存豬場廢水40 d抗性基因的變化，ermB和ermF的豐度分別降低了50%~60%和80%~90%，而tetX和tetQ豐度的消減符合一級反應動力學模型.將氧化塘處理豬場廢水后抗性基因的去除趨勢歸為兩類，一類是相對豐度大幅降低甚至低于檢測限，包括tetB、tetL;另一類為經處理后豐度不變甚至有所提高，包括tetG、tetM、tetO和tetX，可能因為這類基因常位于轉移原件上，在廢水中發生了基因的水平轉移.鄭加玉等采用水平流人工濕地處理豬場廢水，結果表明tetW、tetM和tetO的濃度平均去除率分別為95.73%、92.21%和95.05%;可能由于土壤對抗性基因的吸附作用，濕地土壤中抗性基因的豐度有明顯升高現象.Liu等模擬垂直流人工濕地中添加沸石研究抗性基因的消減規律，發現在HRT為30 h時豬場廢水抗性基因去除效果較好.

　　4.2 膜生物反應器(Membrane bioreactor，MBR)工藝

　　膜分離技術近年已在畜禽養殖廢水處理領域得到了一定的研究與應用，并日益得到重視.例如，Padmasiri等采用厭氧MBR處理豬場廢水，有機負荷為1.0 kg · m-3 · d-1高于其他厭氧消化工藝采用好氧MBR處理豬場厭氧消化液TN負荷0.11 kg · m-3 · d-1較高.然而針對MBR處理畜禽養殖廢水抗性基因去除規律的研究較少.Du等調研了污水處理廠采用A2OMBR工藝處理生活和工業混合廢水對四環素類和磺胺類抗性基因的去除效果，結果表明MBR工藝對tetG、tetW、tetX、sul1和intI1分別去除了2.20、2.90、1.71、2.15和2.07 log copies · mL-1，膜出水抗性基因豐度仍然較高(2.85~4.97 log copies · mL-1)，然而作者并未給出膜孔徑等膜分離工藝參數.

　　同常規生物處理工藝相比，MBR的生物量高，可能存在較大的抗性基因水平轉移風險.Yang等以RP4質粒作為水平轉移研究對象，研究了MBR中抗性基因的水平轉移效率，結果表明RP4在MBR中維持較高豐度104 copies/mg · biosolid，具有較高的水平轉移效率(2.76×10-5/recipient)，而RP4在常規活性污泥法的水平轉移效率約4×10-6 /recipient;盡管存在較高的水平轉移效率，但由于微濾膜(PVDF，0.22 μm)的截留作用，出水檢測不到攜帶抗性基因的RP4.由于膜的截留，一方面可消減膜出水的抗性基因濃度，另一方面導致反應器內污泥濃度高，可能使抗性基因在反應器內積累，提高了污泥中抗性基因的水平傳播.污泥是重要的抗性基因蓄積庫，經過堆肥或厭氧消化處理后作為肥料土地利用，污泥的土地利用存在抗性基因的污染隱患.

污水簡介

養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。為了做到經濟效益、社會效益和環境效益的三者有機結合，必須對其污水進行有效的治理。

污水特點

養殖污水具有典型的“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超標數十倍，色度深，并含有大量的細菌，氨氮、有機磷含量高。可生化性好，沖擊負荷大。

處理方法

養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，然后廢水流至調節池，在調節池內有效地進行水量和水質調節，經提升泵送入缺氧池，在缺氧池，污水經厭氧消化，去除部分污染物質，部分難降解的有機物質在此轉化為易降解的物質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，污泥在斗中經過一段時間的濃縮后，定期回流到調節池，剩余污泥排入干化池進行干化和回收處理，出水經兼性塘進行后續處理后達標排放。

設備結構與特點

一體化污水處理設備因為埋地設置，維修與保養較為困難，因此在設計中該設備就考慮了它的免維護性，整個設備結構合理可靠，同時也考慮到即使發生一些故障，也可通過設備的各檢查孔進入設備內。一體化污水處理設備所有設施均設置在若干個箱體內，主體設備材質為碳鋼結構，均作深度防腐。內外表面采用機械除銹處理后，采用環氧瀝青漆做多層防腐，使用壽命一般可達15年以上。

地埋式生活污水處理裝置的適用范圍
1、賓館、飯店、療養院、醫院；
2、住宅小區、村莊、集鎮；
3、車站、飛機場、海港碼頭、船舶；
4、工廠、礦山、旅游點、風景區；
5、與生活污水類似的各種工業有機廢水。

地埋式生活污水處理裝置的基礎安裝、使用、維護
1、基礎：WSZ系列設備如放置在地坪以上，只需準備一塊與設備外形相同的混凝土地坪作為基礎。基礎承壓必須大于4T/m2，也同時要求水平、平整。
如設備埋于地坪以下，基礎標高必須小于或等于設備標高并保證下雨不積水，基礎一般是素混凝土（是否配筋視當地地質情況而定）。
2、安裝：根據安裝圖就位，各箱體依次就位，箱體的位置、方向不能放錯，互相間距必須準確，并連接好管道。
在設備內注入清水，檢查各管道有無滲漏，若無則箱體四周覆土，直至設備檢查孔，并平整地面。把電控箱控制線與水泵接通，電控箱與電源接通，接線時注意風機、電機的轉向，必須與風機所指方向相同。

禽畜養殖場污水處理

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