專利名稱：一種去除污水中抗生素抗性基因的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護(hù)的水處理領(lǐng)域，尤其涉及ー種去除污水中抗生素抗性基因的方法。
背景技術(shù)：
抗生素的大量使用甚至是濫用所導(dǎo)致的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，通過抗生素的選擇性壓力，誘導(dǎo)動物體內(nèi)微生物或進(jìn)入環(huán)境后誘導(dǎo)環(huán)境微生物所產(chǎn)生的抗生素抗性基因(ARGs)污染，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境安全和人類健康。抗生素抗性基因可通過質(zhì)粒、整合子-基因盒、轉(zhuǎn)座子等可移動的基因元件在同種或不同種菌群中進(jìn)行水平基因轉(zhuǎn)移，在環(huán)境中具 有持久性和可復(fù)制性，被認(rèn)為是ー種新型環(huán)境污染物。世界衛(wèi)生組織(WHO)將ARGs作為21世紀(jì)威脅人類健康的最重大挑戰(zhàn)之一，并宣布將在全球范圍進(jìn)行戰(zhàn)略部署控制ARGs的傳播和擴(kuò)散。據(jù)WHO報道，毎年美國有200萬人受到抗性病原菌的感染并導(dǎo)致14，000人死亡。目前在世界各國的土壌、沉積物、地表水、地下水、海水、污(廢)水、甚至飲用水中頻繁檢出抗生素抗性基因和抗性微生物，且種類和數(shù)量不斷増加。我國是抗生素生產(chǎn)和使用大國，在我國的不同水體和水環(huán)境中普遍檢測到高濃度的抗生素抗性基因。污水處理系統(tǒng)是抗生素抗性基因進(jìn)入水環(huán)境的主要途徑，抗生素抗性基因隨醫(yī)療廢水、制藥廢水、養(yǎng)殖場污水、生活污水等進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，由于現(xiàn)有的污水處理技術(shù)對許多抗生素和抗生素抗性基因沒有明顯的去除效果，污水處理出水中仍有相當(dāng)濃度的抗性基因。不同國家由于抗生素的生產(chǎn)和使用情況不同，污水中的抗生素抗性基因的分布具有明顯的地域差異。目前有關(guān)抗生素抗性基因的研究主要局限于在不同環(huán)境中檢測到其存在，有關(guān)抗生素抗性基因在環(huán)境中的傳播和擴(kuò)散機(jī)制關(guān)注較少?？股氐倪x擇性壓カ無疑是造成環(huán)境中抗生素抗性基因廣泛傳播的主要因素，其他環(huán)境因素(如化工、重金屬污染)也可能成為抗生素抗性基因的選擇性壓力，如重金屬Zn的存在可顯著增加活性污泥中泰樂菌素的抗性。即使外來選擇性壓カ移除后，抗生素抗性基因仍會繼續(xù)在微生物種群中存在，被稱為“易得難除”現(xiàn)象。傳統(tǒng)的污水處理工藝對抗生素抗性基因的去除效果不明顯，污水處理廠出水和污泥農(nóng)用被認(rèn)為是地表水、土壤和地下水中抗生素抗性基因的重要來源。Storteboom利用ARGs分子標(biāo)簽追蹤C(jī)olorado流域抗生素抗性基因的來源時發(fā)現(xiàn)與人類疾病有關(guān)的抗生素抗性基因主要來自于污水處理廠而非周邊的動物養(yǎng)殖場或上游河流。傳統(tǒng)的污水處理工藝對抗生素抗性基因的去除效果不明顯。對抗性基因和抗性菌的去除可從污水的安全回用角度出發(fā)，而污水的消毒是確保水質(zhì)安全不可或缺的環(huán)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
ー種去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具體步驟如下(I)混凝沉淀收集污水進(jìn)入混凝沉淀池，使用絮凝劑PAC和混凝劑PAM進(jìn)行混凝沉淀處理，所述的絮凝劑PAC的投加量為3-5mg/L廢水，混凝劑PAM的投加量為l_3mg/L廢水；沉淀后得上清液進(jìn)入砂濾池進(jìn)一步去除水體濁度；(2)生化處理
將步驟(I)砂濾后出水采用厭氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ藝去除污水中的氮、磷，降低C0D，處理后出水經(jīng)ニ沉池進(jìn)行泥水分離；(3)過氧こ酸消毒將經(jīng)過步驟(2)生化處理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入過氧こ酸消毒IOmin,過氧こ酸加入量為80_100mg/L ；該過氧こ酸的制備エ藝為先取冰醋酸放入桶中，加入2%硫酸混勻，然后加入30%的過氧化氫(過氧化氫與冰醋酸用量比為I : 2)，加入lg/L濃度為O. 1%磷酸作為穩(wěn)定劑，在室溫下放置2天后使用；(4)高壓CO2消毒エ藝往步驟(3)中的消毒塔內(nèi)注入O. 5-1. 5Mpa高壓CO2氣體，高壓CO2氣體由高壓CO2鋼瓶經(jīng)過減壓閥和高壓管道，通過消毒塔底部的微孔曝氣管進(jìn)入消毒塔，分布在溶液中進(jìn)行殺菌，高壓CO2通入時間為5-10min ；(5)納米ニ氧化鈦光催化步驟⑷得到的高壓CO2消毒出水送入納米ニ氧化鈦(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料，所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料包括核體和涂層兩部分，核體外包覆著納米級TiO2涂層，核體采用聚こ烯材料一次注塑成型，核體球半徑在3 IOcm之間；涂層為粒徑小于IOOnm的TiO2粉體浸涂形成，涂層厚度在O. 05 O. 45mm之間；所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料的比重為水的比重的95 99. 8% ；同時，在沉淀池中30°斜放ー個的復(fù)合三層的多組納米ニ氧化鈦網(wǎng)，白天陽光、陰天和日落后紫外線的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因；所述納米ニ氧化鈦網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)上加涂納米級ニ氧化鈦涂層形成的；(6)步驟(5)后沉淀lh，精濾，去除水中的剰余雜質(zhì)，得到處理回收的水。進(jìn)ー步地，步驟I)中的所述絮凝劑為聚合硫酸鐵液體；所述混凝劑采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化銨、聚合氯化鋁，硫酸鋁、氯化鐵的混合物，其混合比例為3 2 I 1，用量為 20 150mg/L ；進(jìn)ー步地，步驟5)中所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料的核體的形狀是橢圓體、中空球體、四方體、長方體。有益效果該方法符合エ業(yè)廢水深度處理和回用的需求，符合促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的國家重大需求，重點(diǎn)處理廢水中毒害污染物-杭生素抗性基因和病原微生物，利用先進(jìn)的技術(shù)組合，將ニ氧化碳消毒技術(shù)應(yīng)用在廢水處理中，有效去除抗性基因，為污水深度處理和水質(zhì)安全保障提供理論支持和技術(shù)保障，填補(bǔ)了國內(nèi)外所屬領(lǐng)域的技術(shù)空白。
具體實施例方式實施例I
ー種去除養(yǎng)殖場污水中抗性基因的方法，其特征在于具體步驟如下(I)混凝沉淀收集污水進(jìn)入混凝沉淀池，使用絮凝劑PAC和混凝劑PAM進(jìn)行混凝沉淀處理，所述的絮凝劑PAC的投加量為5mg/L廢水，混凝劑PAM的投加量為3mg/L廢水；沉淀后得上清液進(jìn)入砂濾池進(jìn)一步去除水體濁度；(2)生化處理將步驟(I)砂濾后出水采用厭氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ藝去除污水中的氮、磷，降解C0D，去除后出水經(jīng)ニ沉池進(jìn)行泥水分離；(3)過氧こ酸消毒
將經(jīng)過步驟(2)生化處理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入過氧こ酸消毒IOmin,過氧こ酸加入量為100mg/L ；該過氧こ酸的制備エ藝為先取冰醋酸放入桶中，加入2%硫酸混勻，然后加入30%的過氧化氫(過氧化氫與冰醋酸用量比為I : 2)，加入lg/L濃度為O. 1%磷酸作為穩(wěn)定劑，在室溫下放置2天后使用；(4)高壓CO2消毒エ藝往步驟(3)中的消毒塔內(nèi)注入I. 5Mpa高壓CO2氣體，高壓CO2氣體由高壓CO2鋼瓶經(jīng)過減壓閥和高壓管道，通過消毒塔底部的微孔曝氣管進(jìn)入消毒塔，分布在溶液中進(jìn)行殺菌，高壓CO2通入時間為IOmin ；(5)納米ニ氧化鈦光催化步驟⑷得到的高壓CO2消毒出水送入納米ニ氧化鈦(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料，所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料包括核體和涂層兩部分，核體外包覆著納米級TiO2涂層，核體采用聚こ烯材料一次注塑成型，核體球半徑在3 IOcm之間；涂層為粒徑小于IOOnm的TiO2粉體浸涂形成，涂層厚度在O. 05 O. 45mm之間；所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料的比重為水的比重的95 99. 8% ；該填料表層涂有納米級ニ氧化鈦層，ニ氧化鈦屬于N型半導(dǎo)體，根據(jù)光催化理論N型半導(dǎo)體材料的能帶不連續(xù)，在其價帶和導(dǎo)帶之間存在禁帶，當(dāng)半導(dǎo)體氧化物粒子受到大雨禁帶寬度能量的光子照射后，電子由價帶躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生了電子一空穴對，電子具有還原性，空穴具有氧化性，空穴與半導(dǎo)體氧化物納米粒子表面的OH—反應(yīng)生成氧化性很高的OH自由基，活潑的OH自由基可以把許多難降解的有機(jī)物氧化為CO2和H2O等無機(jī)物。反應(yīng)式如式(I)所示
光
TiC>2 — e+hh+H20 — · O—2· O—2++H' — H2O · (I)2H20 · — O2+H2O2H2O2+ · 0 2 — HO · +OH +O2同時，在沉淀池中30°斜放ー個的復(fù)合三層的多組納米ニ氧化鈦網(wǎng)，白天陽光、陰天和日落后紫外線的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因；
所述納米ニ氧化鈦網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)上加涂納米級ニ氧化鈦涂層形成的；(6)步驟(5)后沉淀lh，精濾，去除水中的剰余雜質(zhì)，得到處理回收的水。進(jìn)ー步地，步驟I)中的所述絮凝劑為聚合硫酸鐵液體；所述混凝劑采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化銨、聚合氯化鋁，硫酸鋁、氯化鐵的混合物，其混合比例為3 :2:1:1;出水水質(zhì)I型整合子(intll)、磺胺類抗性基因(sull、sulll、sulIII)和四環(huán)素抗性基因(tetA、tetM、tetW、tetQ如下表
權(quán)利要求
1.ー種去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具體步驟如下 (1)混凝沉淀 收集污水進(jìn)入混凝沉淀池，使用絮凝劑PAC和混凝劑PAM進(jìn)行混凝沉淀處理，所述的絮凝劑PAC的投加量為3-5mg/L廢水，混凝劑PAM的投加量為l_3mg/L廢水；沉淀后得上清液進(jìn)入砂濾池進(jìn)一步去除水體濁度； (2)生化處理 將步驟(I)砂濾后出水采用厭氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ藝去除污水中的氮、磷和COD，去除后出水經(jīng)ニ沉池進(jìn)行泥水分離。
(3)過氧こ酸消毒 將經(jīng)過步驟(2)生化處理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入過氧こ酸消毒lOmin，過氧こ酸加入量為80-100mg/L ； 該過氧こ酸的制備エ藝為先取冰醋酸放入桶中，加入2 %硫酸混勻，然后加入30 %的過氧化氫(過氧化氫與冰醋酸用量比為I : 2)，加入lg/L濃度為O. I %磷酸作為穩(wěn)定劑，在室溫下放置2天后使用。
(4)高壓CO2消毒エ藝 往步驟(3)中的消毒塔內(nèi)注入O. 5-1. 5Mpa高壓CO2氣體，高壓CO2氣體由高壓CO2鋼瓶經(jīng)過減壓閥和高壓管道，通過消毒塔底部的微孔曝氣管進(jìn)入消毒塔，分布在溶液中進(jìn)行殺菌，高壓CO2通入時間為5-10min ； (5)納米ニ氧化鈦光催化 步驟(4)得到的高壓CO2消毒出水送入納米ニ氧化鈦(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料，所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料包括核體和涂層兩部分，核體外包覆著納米級TiO2涂層，核體采用聚こ烯材料一次注塑成型，核體球半徑在3 IOcm之間；涂層為粒徑小于IOOnm的TiO2粉體浸涂形成，涂層厚度在O. 05 O. 45mm之間；所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料的比重為水的比重的95 99. 8% ； 同時，在沉淀池中30°斜放ー個的復(fù)合三層的多組納米ニ氧化鈦網(wǎng)，白天陽光、陰天和日落后紫外線的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因。
所述納米ニ氧化鈦網(wǎng)是不銹鋼網(wǎng)上加涂納米級ニ氧化鈦涂層形成的； (6)步驟(5)后沉淀lh，精濾，去除水中的剰余雜質(zhì)，得到處理回收的水。
2.如權(quán)利要求I中所述的ー種去除水和廢水中抗性基因的方法，其特征在于步驟I)中的所述絮凝劑為聚合硫酸鐵液體；所述混凝劑采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化銨、聚合氯化鋁，硫酸鋁、氯化鐵的混合物，其混合比例為3 2 I 1，用量為20 150mg/L ;
3.如權(quán)利要求1-2中所述的ー種去除水和廢水中抗性基因的方法，其特征在于步驟5)中所述球形納米級ニ氧化鈦懸浮式填料的核體的形狀是橢圓體、中空球體、四方體、長方體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種去除污水中抗生素抗性基因的方法，該方法主要通過混凝沉淀-生化處理-過氧乙酸消毒-高壓CO2消毒-納米二氧化鈦光催化-沉淀整套工藝對污水中的抗生素抗性基因進(jìn)行去除，有效地控制抗性基因在環(huán)境中的傳播，解決了廢水中抗性基因?qū)Νh(huán)境的危害問題，提高了生物處理能力和廢水處理效果，工藝流程簡潔、合理，降低了運(yùn)行成本，便于工業(yè)化應(yīng)用，為人類健康和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)和可靠的技術(shù)。
文檔編號C02F1/30GK102616992SQ20121008616
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月29日
發(fā)明者任洪強(qiáng), 耿金菊 申請人:南京大學(xué)