養豬場污水處理工藝

　1 引言

　　畜禽養殖業是我國農業的支柱產業，在維持畜產品穩定供給、提高人民生活水平方面發揮著重要作用.隨著畜禽養殖業的集約化、規模化發展，為提高動物生產性能、防治疾病，養殖過程添加了一定量的重金屬與抗生素.據統計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境中，據Zhou等估算我國每年生豬和奶牛養殖場抗生素排放量分別為3080和164 t.而養殖業每年重金屬排放銅、鋅分別為2397.23 t、4756.94 t.畜禽養殖糞污表現出重金屬與抗生素復合污染特征和研究發現畜禽養殖過程抗生素和重金屬使用與養殖場及其周邊環境抗性基因豐度的提高呈正相關關系.畜禽養殖糞便、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，發現四環素抗性基因的豐度高，而人類腸道四環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.

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.

　　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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