哈尔滨市污水厂中抗生素抗性基因分布及强化去除研究

摘要

在医药、畜牧业和水产养殖业中，大量的、不合理的使用抗生素导致环境中细菌的耐药性增加，进而造成环境中抗生素抗性基因（ARGs，antibiotic resistance genes）的产生、传播和扩散。污水处理系统中包含的大量的微生物以及抗生素、重金属等因素都可能会对ARGs的形成、水平转移和扩增起到促进作用，因此污水处理厂被认为是ARGs的重要储存库。
　　本研究利用实时荧光定量PCR技术，对哈尔滨市污水处理厂中的水样和污泥样品中四环素类抗性基因（tetA、tetO、tetW）、磺胺类抗性基因（sulⅠ、sulⅡ）以及β-内酰胺类抗性基因（blaCTX-M）和Ⅰ类整合子（intⅠ1）进行检测。研究结果如下：
　　在污水处理厂进水中，6种ARGs的检出率为100％，6种ARGs在不同污水厂的进水中浓度有一定的差异，但在4个污水厂的样品中，总体上，四环素类抗性基因中tetW的浓度较高，磺胺类抗性基因的浓度略高于四环素类抗性基因，磺胺类抗性基因中sulⅡ的浓度高于sulⅠ的浓度，β-内酰胺类抗性基因在4个污水处理厂中都较低。污水处理厂出水中的ARGs浓度低于进水中，但仍有较高浓度的ARGs。污水处理厂样品中6种抗生素抗性基因的总浓度与16SrDNA的浓度显著性正相关，tetO、tetW、sulⅠ、blaCTX-M的浓度与16SrDNA的浓度显著性正相关，sulⅠ的浓度也与intⅠ1的浓度呈显著性正相关。
　　污水处理厂中，格栅、沉砂池、沉淀池对ARGs的去除效果不明显，各污水处理厂生物处理单元对ARGs的去除效果更为明显，对于6种ARGs、Ⅰ类整合子以及16SrDNA的去除量为0.5~2.0个数量级。与A/O法和CASS法相比，采用A/A/O工艺的污水处理厂对各种ARGs的去除量普遍较高。污水处理厂脱水剩余污泥中微生物量丰富，检测出高浓度的抗生素抗性基因，需要引起重视。
　　对某污水处理厂为期6个月的监测中，6种ARGs的检出率为100%，格栅、沉砂池、沉淀池等处理单元对ARGs的去除效果不明显，生物处理单元对ARGs的去除可达到1~2个数量级，紫外消毒的去除效果也不甚明显，为0.2~0.3个数量级。生物处理单元CASS对tetA、tetO、tetW的相对丰度有一定的削减作用，但对于 sulⅠ、sulⅡ和blaCTX-M，相对丰度则略有增加。污水厂各处理单元主要通过减少单位水体内的生物量来降低ARGs的浓度，但是污水处理单元对ARGs相对丰度的影响还需要进一步设计试验进行探究。
　　考虑到污水处理厂出水中仍有相当高浓度的ARGs，研究考察了活性炭、臭氧和紫外消毒对于ARGs的削减情况。通过比较颗粒活性炭和不定型颗粒活性炭对ARGs的去除效果，结果显示，不定型颗粒活性炭对ARGs的去除效果更好，可达1个数量级左右。通过研究臭氧氧化对抗性基因的去除效果发现，随着臭氧投加量的增加，对于ARGs的去除量有所增加，达到60mg/L时，去除率趋于稳定，对四环素类抗性基因、磺胺类抗性基因和intⅠ1的削减量可以达到1个数量级左右，去除率为80%以上。三种深度处理工艺在对ARGs数量级的削减上：活性炭＞臭氧氧化＞紫外消毒。相比于其他2种工艺，活性炭在对TOC、TN、TP的去除上也有一定的效果，所以活性炭可以作为控制ARGs环境排放的一个研究方向。并在此基础上制定出“污水厂二级处理+臭氧氧化+活性炭吸附”的组合工艺，用于强化ARGs的去除。

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中文摘要

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究进展概述

1.3研究内容与技术路线

第2章 试验材料与方法

2.1试验材料与仪器

2.2试验方法

第3章 污水处理厂中抗生素抗性基因污染分布研究

3.1引言

3.2污水处理厂进出水中ARGs检出情况

3.3污水处理工艺对ARGs去除情况研究

3.4污水处理厂污泥样品中ARGs污染情况研究

3.5本章小结

第4章 污水处理厂对抗生素抗性基因去除机理以及强化去除研究

4.1引言

4.2污水处理厂进出水中ARGs的检出

4.3不同处理单元对ARGs的去除效果以及机理研究

4.4污水深度处理工艺对ARGs的强化去除研究

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其它成果

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