一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法

摘要

本发明提供一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法，该方法主要通过混凝沉淀-砂滤-O3接触塔-生物活性碳滤池-高压CO2消毒-混凝沉淀-反渗透过滤-氯化出水整套工艺对水源中的抗生素抗性基因进行去除，有效地控制抗性基因在环境中的传播，解决了水源水中抗性基因传播对人体健康的危害问题，为人类健康和环境保护提供科学和可靠的技术。

说明书

技术领域

本发明涉及水源水净化技术，特别是涉及一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法。

背景技术

随着工业化进程的推进，水环境污染与水资源短缺已成为世界范围突出的难题，严重制约着社会经济的可持续发展。饮用水是人类生存的基本需求，也是传播疾病的重要媒介。随着人民生活水平的不断提高，人们对饮用水质量的要求也越来越高。关注水质，关注饮水与健康是适应时代的发展需要。

调查发现，未受污染的水体一般不含有致病的微生物，而当水体受到污染时，各种病原体，随含有人畜排泄物及其它污染物的污水进入水体，最终导致介水传染病的传播和流行。我国由于经济的不断发展，城市化进展迅速，生活污水的排放量急剧增加，目前，在我国的600多座城市中，有近一半的城市没有污水处理能力，大量的生活污水被直接排入水体，含有人畜排泄物的生活污水，携带大量的病原微生物进入水源，直接威胁饮用水的安全，威胁人们的身体健康。当前饮用水中的病原微生物污染，仍是我国最大的危害人们健康的问题之一。特别是在贫困落后地区，介水传染病依然是危害当地人健康的重要疾病，解决饮用水中的微生物污染，是我国给水工作中的首要问题。世界卫生组织在其《饮用水水质准则》中指出：“微生物污染的潜在后果使对其控制总是最重要的，绝不允许让步”。

抗生素的大量使用甚至是滥用所导致的环境污染问题日趋严重，通过抗生素的选择性压力，诱导动物体内微生物或进入环境后诱导环境微生物所产生的抗生素抗性基因(AntibioticResistance Genes，ARGs)污染，严重威胁生态环境安全和人类健康。ARGs可通过质粒、整合子-基因盒、转座子等可移动的基因元件在同种或不同种菌群中进行水平基因转移，在环境中具有持久性和可复制性，被认为是一种新型环境污染物。世界卫生组织(WHO)将ARGs作为21世纪威胁人类健康的最重大挑战之一，并宣布将在全球范围进行战略部署控制ARGs的传播和扩散。我国是抗生素生产和使用大国，在我国的不同水体和水环境中普遍检测到高浓度的ARGs。所以寻找能有效处理水源、净化水源的高科技处理技术是亟需解决的关键问题，本发明引入了先进的一整套处理工艺，尤其是高压二氧化碳工艺、先进层式催化剂床的使用，以及各个步骤的耦合，起到显著地效果。

发明内容

本发明所要解决的是弥补目前水源水净化工艺的不足，改进现有技术对抗性基因处理效果差、运行不稳定等缺点，而提供一种能够快速、高效处理、有效地去除抗生素抗性基因的水处理工艺，填补了国内外有关水源中抗生素抗性基因去除技术的空白。

本发明所采用的技术方案是：

一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)混凝沉淀

收集水源水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；

(2)砂滤

步骤(1)的出水经加压泵进入砂滤池，进一步去除浊度物质、微生物以及抗生素抗性基因；

(3)O₃接触塔

步骤(2)处理后的水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mg O₃/mg TOC、水在臭氧接触塔内的停留时间为10～25min；

从臭氧接触塔出来的水进入催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂，控制水在催化剂床内的停留时间为15～30min，催化剂床层的水力负荷2～5m³/m³·h；

(4)生物活性碳滤池

步骤(3)的出水进入生物活性碳滤池，控制水在生物活性炭滤池内的停留时间为12～22分钟，进行生物处理，进一步除去水中的抗生素抗性基因；

(5)高压CO₂

步骤(4)得到的水进入消毒塔，往消毒塔内注入0.5-1.5Mpa高压CO₂气体，高压CO₂气体由高压CO₂钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO₂通入时间为5～10min；

(6)混凝沉淀

步骤(5)的出水加入絮凝剂和混凝剂进行混凝沉淀，沉淀后得上清液；所述混凝剂采用聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚合氯化铝，硫酸铝、氯化铁的混合物，其混合比例为3∶2∶1∶1，用量为20～150mg/L；

(7)反渗透过滤

步骤(6)得到上清液进入反渗透过滤器进行反渗透过滤，在反渗透时加入反渗透阻垢剂；所述反渗透阻垢剂为市售的纳尔科的PC191T，栗田的K-5030，SHMP六偏磷酸钠，EDTMP乙二胺四甲撑磷酸盐等。

(8)氯化

步骤(7)得到的除去抗生素抗性基因的水经过填加氯系氧化剂消毒处理以后进入网管。

进一步的，一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)混凝沉淀

收集水源水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；

(2)砂滤

步骤(1)的出水经加压泵进入砂滤池，进一步去除浊度物质、微生物以及抗生素抗性基因；

(3)O₃接触塔

步骤(2)处理后的水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mgO₃/mgTOC、水在臭氧接触塔内的停留时间为10～25min；

从臭氧接触塔出来的水进入催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂，控制水在催化剂床内的停留时间为15～30min，催化剂床层的水力负荷2～5m³/m³·h；

(4)生物活性碳滤池

步骤(3)的出水进入生物活性碳滤池，控制水在生物活性炭滤池内的停留时间为12～22分钟，进行生物处理，进一步除去水中的抗生素抗性基因；

(5)高压CO₂

步骤(4)得到的水进入消毒塔，往消毒塔内注入0.5-1.5Mpa高压CO₂气体，高压CO₂气体由高压CO₂钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO₂通入时间为5～10min；

(6)混凝沉淀

步骤(5)的出水再次使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液；

(7)反渗透过滤

步骤(6)得到上清液进入反渗透过滤器进行反渗透过滤，在反渗透时加入阻垢剂；

所述阻垢剂的中文名称：阻垢剂，英文名称：scale inhibitor，deposit control inhibitor定义：能够防止水垢产生或抑制其沉积生长的化学药剂。主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。所述阻垢剂为有机膦系列阻垢剂、有机膦酸盐阻垢剂、聚羧酸类阻垢分散剂、复合阻垢剂、RO阻垢剂中任意一种。

(8)氯化

步骤(7)得到的除去抗生素抗性基因的水经过填加氯系氧化剂消毒处理以后进入网管。

进一步的，步骤(3)中的羟基氧化铁催化剂为载体型羟基氧化铁，其制备步骤如下，

将载体放入pH＝1～2的稀盐酸中浸泡12小时，冲洗浸泡后的载体，然后再放入硝酸铁溶液浸泡24小时，向其中加入氢氧化钠溶液，使铁离子完全沉淀，生成棕色沉淀物，将所述棕色沉淀物在300℃以下干燥，得到黄色载体羟基氧化铁粉末，即载体型羟基氧化铁。

进一步的，载体为粒状活性炭、天然沸石、人工沸石、活性氧化铝、陶粒和分子筛中的一种或任意几种的混合物。

进一步的，所述载体的粒径为0.5～5mm。

有益效果

弥补目前水源水净化工艺的不足，改进现有技术对有害基因效果差、运行不稳定缺点，而提供一种能够快速、高效处理、有效地去除抗生素抗性基因的水处理工艺，填补了国内外有关水源中抗生素抗性基因去除技术的空白。

具体实施方式

实施例1：

本实施例是以南京郊区某饮用水源为净化对象进行处理的，具体步骤如下：

(1)混凝沉淀

收集水源水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；

(2)砂滤

步骤(1)的出水经加压泵进入砂滤池，进一步去除浊度物质、微生物以及抗生素抗性基因；

(3)O₃接触塔

步骤(2)处理后的水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mg O₃/mg TOC、水在臭氧接触塔内的停留时间为10～25min；

从臭氧接触塔出来的水进入催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂，控制水在催化剂床内的停留时间为15～30min，催化剂床层的水力负荷2～5m³/m³·h；

(4)生物活性碳滤池

步骤(3)的出水进入生物活性碳滤池，控制水在生物活性炭滤池内的停留时间为12～22分钟，进行生物处理，进一步除去水中的抗生素抗性基因；

(5)高压CO₂

步骤(4)得到的水进入消毒塔，往消毒塔内注入0.5-1.5Mpa高压CO₂气体，高压CO₂气体由高压CO₂钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO₂通入时间为5～10min；

(6)混凝沉淀

步骤(5)的出水加入絮凝剂和混凝剂进行混凝沉淀，沉淀后得上清液；所述混凝剂采用聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚合氯化铝，硫酸铝、氯化铁的混合物，其混合比例为3∶2∶1∶1，用量为20～150mg/L；

(7)反渗透过滤

步骤(6)得到上清液进入反渗透过滤器进行反渗透过滤，在反渗透时加入反渗透阻垢剂；

(8)氯化

步骤(7)得到的除去抗生素抗性基因的水经过填加氯系氧化剂消毒处理以后进入网管。

进一步的，一种去除水源水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)混凝沉淀

收集水源水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；

(2)砂滤

步骤(1)的出水经加压泵进入砂滤池，进一步去除浊度物质、微生物以及抗生素抗性基因；

(3)O₃接触塔

步骤(2)处理后的水进入臭氧接触塔进行臭氧氧化反应，控制水中臭氧起始浓度为0.5～1.0mg O₃/mg TOC、水在臭氧接触塔内的停留时间为10～25min；

从臭氧接触塔出来的水进入催化剂床层及催化反应段，所述催化剂床层的高度从下到上的高度依次减半，从上之下依次是活性炭上载钌颗粒催化剂、蜂窝陶瓷催化剂和羟基氧化铁催化剂，控制水在催化剂床内的停留时间为15～30min，催化剂床层的水力负荷2～5m³/m³·h；

(4)生物活性碳滤池

步骤(3)的出水进入生物活性炭滤池，控制水在生物活性炭滤池内的停留时间为12～22分钟，进行生物处理，进一步除去水中的抗生素抗性基因；

(5)高压CO₂

步骤(4)得到的水进入消毒塔，往消毒塔内注入0.5-1.5Mpa高压CO₂气体，高压CO₂气体由高压CO₂钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO₂通入时间为5～10min；

(6)混凝沉淀

步骤(5)的出水再次使用使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3～5mg/L水源水，混凝剂PAM的投加量为1～3mg/L水源水；沉淀后得上清液；

(7)反渗透过滤

步骤(6)得到上清液进入反渗透过滤器进行反渗透过滤，在反渗透时加入阻垢剂，所述阻垢剂，英文名称：scale inhibitor，deposit control inhibitor定义：能够防止水垢产生或抑制其沉积生长的化学药剂。主要有阻垢缓蚀剂和阻垢分散剂两种。所述阻垢剂为有机膦系列阻垢剂、有机膦酸盐阻垢剂、聚羧酸类阻垢分散剂、复合阻垢剂、RO阻垢剂中任意一种；

(8)氯化

步骤(7)得到的除去抗生素抗性基因的水经过填加氯系氧化剂消毒处理以后进入网管。

进一步的，步骤(3)中的羟基氧化铁催化剂为载体型羟基氧化铁，其制备步骤如下，

将载体放入pH＝1～2的稀盐酸中浸泡12小时，冲洗浸泡后的载体，然后再放入硝酸铁溶液浸泡24小时，向其中加入氢氧化钠溶液，使铁离子完全沉淀，生成棕色沉淀物，将所述棕色沉淀物在300℃以下干燥，得到黄色载体羟基氧化铁粉末，即载体型羟基氧化铁。

进一步的，载体为粒状活性炭、天然沸石、人工沸石、活性氧化铝、陶粒和分子筛中的一种或任意几种的混合物。

进一步的，所述载体的粒径为0.5～5mm。

出水水质I型整合子(intI1)、磺胺类抗性基因(sul I、sul II、sulIII)和四环素抗性基因(tetA、tetM、tetW、tetQ如下表：

应当注意，本实施例中所涉及的数值范围都可以实现，篇幅所限，在此不进行端点和中间值的列举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。