微生物固化曝气技术对养殖废水的深度处理

以微生物固化曝气技术为核心的污水处理系统为研究对象,研究养猪废水中的COD、N、P、总有机碳及抗生素(土霉素、四环素、金霉素、强力霉素、罗红霉素、阿奇霉素、氧氟沙星、恩诺沙星和环丙沙星)在不同处理单元的动态变化.结果表明,微生物固化曝气技术能有效去除常规污染物,除TP外,COD和NH+4-N的出水浓度均能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596—2001);该技术对抗生素的去除效果依抗生素的种类而变,对4种四环素类抗生素-的去除率高达85%以上;对大环内酯类中的阿奇霉素的去除率为62.8%;对大环内酯类中的罗红霉素和氟喹诺酮类抗生素则基本无效.微生物固化曝气技术能有效去除总有机碳、COD、NH+4-N和四环素类抗生素,对TP和其它抗生素类,需要进一步优化处理系统的运行条件,或改善固化微生物的组成,以提高这类污染物的处理效果.     

抗生素抗性基因在生活及工业混合废水处理系统中的分布和去除

抗生素抗性基因(ARGs)由于其广泛的传播与转移,成为日益严峻的环境问题。污水处理厂(WWTP)被公认为ARGs的主要来源之一。膜生物反应器(MBR)是一种新型污染物去除工艺。在一个具有传统生物处理和膜系统处理的城镇污水处理系统的进水中,检出17种ARGs,并首次检出甲氧苄啶类ARGs。进水中sulΙ基因的绝对丰度最高,随后依次是tet C、sulⅡ、tet W、dfr A1、flo R和dfr A13基因。不同的处理系统去除同一种ARGs效果各不相同,MBR对ARGs去除效果显著优于传统生物处理工艺,同一个处理系统处理不同类ARGs,四环素类ARGs被去除的效果显著优于其他ARGs被去除的效果,绝对丰度下降了3.8个数量级。ARGs没有真正意义上的去除,只是从水体转移到污泥中,污泥中的ARGs不断积累。     

MBR工艺处理螺旋霉素制药废水过程中抗生素耐药菌与抗性基因的研究

抗生素废水含有大量的抗生素耐药菌(antibiotic resistant bacteria,ARB)与抗性基因(antibiotic resistance genes,ARGs),处理排放后可能增强受纳环境的微生物抗性,因此有必要深入研究抗生素废水处理过程中ARB与ARGs的削减效果及其影响因素。本研究采用膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)工艺处理螺旋霉素制药废水,考察了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对ARB与ARGs削减效果的影响。结果表明,虽然在HRT=30 h时MBR对COD与氨氮的去除率略高于HRT=40 h,但HRT=40 h时,不仅总异养菌与肠球菌的去除效果更佳,出水肠球菌耐药率及携带的抗性基因检出率也更低,而且MBR对废水中erm B、erm F、erm X、mef A、ere A、mph B和转移元件ISCR 1、Tn 916/1545相对丰度的削减效果更好。这表明长HRT更有利于MBR工艺削减螺旋霉素废水的耐药菌与抗性基因。     

城市污水生物处理过程中结合型和游离型胞外抗生素抗性基因的产生特征

胞外抗生素抗性基因是抗性基因的重要存在形式,可能通过转化重新进入细胞表达抗药性.因此其具有严峻却隐蔽的健康风险,且不同形态胞外抗生素抗性基因的风险存在显著差异,然而当前针对胞外抗性基因风险的研究极为稀少.本研究以序批式活性污泥反应器(SBR)为例,考察了污水生物处理过程中结合型和游离型胞外抗性基因产生的时空特征,以及曝气强度和污泥负荷的影响.结果 表明,SBR启动期2种胞外抗性基因均大量产生,且游离型胞外抗性基因的增加倍数和持续时间高于结合型:稳定运行后2种胞外抗性基因的丰度显著下降.从胞内外抗性基因的比重来看,好氧阶段以胞外抗性基因为主,且游离型胞外抗性基因比例达60％以上;厌氧阶段以胞内抗性基因为主,且结合型胞外抗性基因比例升高(7.5％～31.9％);出水中游离型胞外抗性基因占据绝对优势,比例达66.5％ ～ 86.9％.曝气强度提高使2种胞外抗性基因丰度显著提高,但游离型胞外抗性基因提高程度(2.2倍～12.2倍)高于结合型(2.1倍～62倍).污泥负荷提高同样导致2种胞外抗性基因丰度提高,但游离型胞外抗性基因提高程度(1.3倍～7.8倍)低于结合型(1.9倍～ 13.3倍).研究表明,大量胞外抗性基因将在污水生物处理过程中产生,并随污水排放至环境中,是水环境中抗生素抗性基因(ARGs)的重要来源之一.     

扰动对水体富营养化的改善作用

利用人工构建的模拟水体系统,观察搅拌和曝气条件下水体中氮磷含量和形态的变化规律,研究和探讨了扰动对水体富营养化的改善。结果表明：（1）扰动对上覆水体氮的去除效果不明显,但是能够有效促进底泥中氨氮向水体扩散,从而使底泥中氮含量明显降低,运行99 d后,曝气反应器中底泥总氮含量从初始3.46 g.kg-1降至0.68 g.kg-1,仅为对照反应器的1/4;（2）搅拌对上覆水中磷的去除效果最佳,反应器运行期间,总磷的平均去除率为37%左右;（3）扰动能增加底泥中微生物的数量和多样性,为污染物的生物降解提供了良好的基础。合理运用扰动能够提高水中溶解氧含量,改善微生态环境,增加微生物的数量和种类,有利于水体富营养化的改善。     

抗生素及其抗性基因在环境中的污染、降解和去除研究进展

随着抗生素及其抗菌产品的广泛应用,自然和人工环境中的抗生素残留带来的危害引起人们关注.本文基于最新文献,综述了国内外抗生素及其抗性基因的污染水平和来源、它们之间的关系和传播机理以及这类污染物的降解和去除技术.现有研究表明,抗生素及其抗性基因的污染已遍布水、土壤、大气等介质,而在以污水处理厂和固废填埋场为代表的人工环境中,其污染水平更高.抗生素残留诱导产生抗性基因,其在环境中传播扩散与水平基因转移(Horizontal Gene Transfer,HGT)和微生物群落结构组成有关.抗生素和抗性基因在环境中自然降解过程受基质类型、光照、温度和微生物种群等因素的影响,其中光照是影响其降解的重要因子;而在人工处理系统中,紫外消毒和生化降解对抗生素及其抗性基因有较好的去除效果,但并非全部有效.建议今后加强对特定环境中抗生素和抗生素抗性基因的扩散规律和高效降解去除等方面的机理和工艺研究,进而有效控制其环境含量,降低其污染水平.     

畜禽养殖业主要废弃物处理工艺消除抗生素研究进展

随着集约化畜牧养殖业的不断发展,抗生素被广泛用作饲料添加剂以控制畜禽疾病和促进畜禽生长.用于畜禽养殖业中的抗生素绝大部分都不能被动物体所完全吸收,而是以原形或代谢物的形式随动物的粪便排出体外,然后通过各种途径进入到土壤和水体中,给人类健康带来巨大威胁.本文综述了好氧堆肥、厌氧发酵、高级氧化和人工湿地对畜禽粪便和养殖废水中抗生素的去除效果,重点讨论了不同运行参数对处理工艺去除抗生素的影响,最后根据现行研究仍存在的问题提出今后的工作建议,为畜禽养殖业抗生素污染的控制提供参考.     

粪肥与铜一次性施用对农田土壤抗生素抗性基因的长期影响

人类农业生产活动显著影响农田生态系统中抗生素抗性基因的增殖与扩散,为探究粪肥与铜施加对土壤抗生素抗性基因增殖与传播的长期影响,采用高通量荧光定量聚合酶链式反应分析猪粪和铜停施10年后土壤中抗生素抗性基因多样性和丰度.结果显示:猪粪和铜停施10年后,土壤抗生素抗性基因相对丰度仍分别处于2.16倍和2.01倍于对照组的较高水平,说明猪粪和铜施用可导致土壤抗生素抗性基因的长期存在,其中ycel_mdtH和cphA基因在猪粪和铜施用两种处理中均显著富集. PCA结果显示,猪粪和铜处理土壤中抗生素抗性基因的分布格局无明显差别,铜处理土壤中所检出的抗生素抗性基因数量的90%以上均可在猪粪施用土壤中检出,而铜是唯一在两种处理土壤中检出浓度均显著高于(P 0.001)对照并处于同一浓度水平的元素.本研究表明铜可能是导致土壤中抗生素抗性基因增殖扩散的主要因素之一,施加重金属含量较高的粪肥对农田土壤抗生素抗性基因有着长期影响的风险;结果可为农业中的粪肥施用提供新的风险评价参数.(图4参26)     

扰动强化污染底泥有机物自净的研究

扰动能够强化水体溶解氧的恢复并加快传质,增强水体的自净作用,有利于水体和底泥COD的降解,是一种常用的污染水体的修复方法。文章通过人工模拟的水体,构建搅拌和曝气两种上覆水扰动条件,研究了在这两种条件下水体中有机物含量以及底泥中微生物量的变化情况,探讨了扰动对水体有机物去除的影响。研究结果表明：（1）与对照情况相比,在搅拌、曝气条件下水中ρ（溶解氧）分别由0.2 mg.L^-1提高到1.0和8.0 mg.L^-1左右;曝气条件下底泥中蛋白含量及细菌数均最高;（2）底泥中w（脱氢酶活性）在搅拌和曝气条件下分别为0.52和0.46μg.g^-1左右;（3）曝气条件下对上覆水中有机物的去除呈现出较好的降解趋势。因此,运用曝气技术既能加速有机物的生化降解,改善水质;又可强化水体溶解氧的恢复,创造了微生物生长繁殖的适宜环境,增强了水体中微生物的活性,促进了水体自净能力的提高,在治理河道污染的应用中具有广阔的前景。     

畜禽粪便中抗生素污染特征及堆肥化去除研究进展

养殖业抗生素的大量使用导致了畜禽粪便中多种抗生素残留,畜禽粪便成为了环境中抗生素污染的重要来源.本文总结了畜禽粪便中多种抗生素复合污染现状及其在土壤中的生态毒理效应,综述了堆肥化技术去除畜禽粪便中抗生素的影响因素和研究进展.堆肥化技术研究显示:针对不同种类抗生素的特性差异,控制堆肥过程的相关参数,提高堆肥化处理技术去除效果,是解决畜禽粪便多种抗生素污染问题的关键.     

城市垃圾填埋场抗生素抗性基因的污染特征

抗生素抗性基因是一种新型的环境污染物,为探究抗生素抗性基因在垃圾填埋场的污染特征,采集上海老港垃圾填埋场中固体垃圾和渗滤液样品,采用实时荧光定量PCR技术检测磺胺类抗生素抗性基因(sul1、sul2)、四环素类抗性基因(tetM、tetQ)、氨基糖苷类抗性基因(strB、aadA1)、大环内酯类抗生素抗性基因(ermB、mefA)、多重抗性基因(mexF)及I类整合子(intl1)等6类目标基因的丰度.结果显示,6类目标基因均在固体垃圾和渗滤液中检测到,丰度分别介于10~2-10~6、10~3-10~7/ng,且多重抗性基因、氨基糖苷类及磺胺类抗生素抗性基因检出丰度较高.在填埋场固体垃圾中,部分目标基因在1.5 m深处的丰度高于0.5 m深处;在渗滤液中,目标基因丰度和呈现老龄渗滤液大于新鲜渗滤液,部分目标基因在秋季的丰度大于春季.上述结果说明垃圾填埋场是抗生素抗性基因潜在的储存库,目标基因的丰度在垃圾填埋场中存在时空差异.(图8表2参41)     

中国边缘海沉积物中抗生素抗性基因和致病菌的组成特征

抗生素抗性基因作为一种新型“污染物”已经受到广泛关注.研究边缘海中抗生素抗性基因和人类致病菌的组成特征,有助于深入认识海洋环境中抗生素抗性基因的起源和海洋致病菌的潜在健康风险.使用基于高通量测序的宏基因组学分析方法在中国边缘海沉积物中发现了多种抗生素抗性基因,主要以多重耐药基因为主,其中南海沉积物中抗生素抗性基因的总丰度约是黄渤海的2倍.与中国边缘海相比,珠江口沉积物中抗生素抗性基因丰度更高,与人类常用抗生素（如磺胺类、氨基糖苷类、β-内酰胺类、四环素类等）的耐药性更为相关.此外,中国边缘海沉积物中几乎没有发现质粒携带的抗性基因,而珠江口有约20%的抗性基因由质粒携带.中国边缘海沉积物中主要人类致病菌种包括肺炎链球菌（24.4%）、肺炎克雷伯菌（19.9%）、无乳链球菌（9.2%）、铜绿假单胞菌（6.9%）等.珠江口沉积物中致病菌群落组成与中国边缘海显著不同,副溶血性弧菌和空肠弯曲杆菌的丰度相对更高.上述研究表明,中国边缘海沉积物中存在高多样性的抗生素抗性基因和人类致病菌,人类活动干扰可导致其污染水平提高.     

畜禽养殖场排放物病原微生物危险性调查

以粪大肠菌群和沙门菌为指标,采集江苏省内10家不同养殖类型畜禽养殖场的排放物及其周边水、土样共37个进行观察与计数,同时分析排放污水中大肠杆菌的耐药性以及禽畜排泄物对土壤和水体耐药细菌数的影响.结果表明:调查的10家养殖场中有9家粪便未经无害化处理直接排放到水体或施于农田,且排放物的粪大肠菌群数全部严重超标,沙门菌检出率达19%,施新鲜粪肥的土壤中粪大肠菌群数(MPN,最大可能数)在105 g-1以上,水体中分离出的大肠杆菌表现出多重耐药性,抗生素抗性细菌总数也远高于未施新鲜粪肥的土壤及水体.     

畜禽环境中抗生素的去除及其风险评估

抗生素作为饲料添加剂广泛应用于畜禽养殖业,造成养殖环境抗生素大量蓄积,尤其是在畜禽粪便中,长期的积累不仅污染养殖场内土壤环境,残留的抗生素还会随畜禽粪便进入周边水体及农田环境,威胁农作物及人体健康。目前,国内相关研究主要集中在抗生素的降解工艺及降解规律方面,而对其去除效率的影响因素及风险评价研究相对较少。笔者综述了国内外抗生素的降解转化及去除方式等的研究进展,并概述了抗生素在畜禽环境中的生态风险评估的研究现状,为抗生素的高效去除、风险预估及畜禽粪便资源化安全利用提供理论基础和技术支撑。     

污泥堆肥过程中磺胺类和大环内酯类抗性基因的残留

抗生素抗性基因是一种新型环境污染物,污水处理厂特别是污泥中存在着高丰度的抗生素抗性基因.为研究污泥堆肥过程中抗生素抗性基因的残留,对磺胺类和大环内酯类抗性基因(sulI、sulII、erm(B)和erm(F))以及I类整合子(intI1)的丰度变化进行了定量分析.结果显示,sulΙ、sulΙI、erm(B)和erm(F)的相对丰度在中温阶段降低(PsulII0.05,Perm(B)0.05,Perm(F)0.05),且sulΙ的相对丰度在高温阶段达到最小值(PsulI0.05),sulΙ、sulΙI和erm(F)的相对丰度在冷却和腐熟阶段增加(PsulI0.05,PsulII0.05,Perm(F)0.05).堆肥过程中sulΙ、sulII和erm(B)的丰度与温度呈负相关(P0.05),温度可能是影响磺胺类和大环内酯类抗性基因变化的重要因素.sulΙ和sulII的丰度与intI1的丰度呈正相关(P0.05),表明水平基因转移可能是该类抗性基因传播与扩散的重要途径.研究结果表明,尽管存在于污泥中的抗生素抗性基因的相对丰度在升温阶段呈下降趋势,但在随后的冷却和腐熟阶段却显著反弹.因此,经堆肥处理的污泥直接施用于农田可能造成抗生素抗性基因的二次扩散.     

黄浦江水域抗生素及抗性基因污染初步研究

采用高效液相色谱-质谱法,调查了黄浦江江水及底泥中6种常见兽用抗生素的含量特征,并采用实时荧光定量PCR方法,分别研究了该水域相应的8种代表性抗生素抗性基因(Antibiotics Resistance Genes,ARGs)的存在及丰度水平。结果显示,调查的四环素类、磺胺类及氯霉素抗生素在江水中的质量浓度范围分别在0.44～2.69、0.97～1.96、0.03～0.26μg·L-1之间,在底泥中的质量分数则分别为22.10～72.74、25.98～117.29、nd～50.47μg·kg-1。所有样品中除tet(O)、tet(B/P)未检出外,其他6种抗性基因均有检出。与四环素类抗性基因相比,磺胺类抗性基因的绝对拷贝数及相对丰度较高,为黄浦江水域中的优势抗性基因。相关性分析表明:江水中sul(Ⅲ)、tet(W),以及底泥中的sul(Ⅱ)丰度与对应相中磺胺类抗生素含量显著正相关,江水中sul(A)则与水相中氯霉素、四环素含量显著相关,其他几种抗生素与抗性基因间未见相关性存在。除抗生素外,黄浦江水域ARGs的相对丰度还可能与抗性基因种类及其环境因素(如光照、温度、pH和重金属等)有关。     

城市污水二级生化出水中有机污染物特性表征

城市污水经过二级生化处理后的出水中仍含有种类繁多的有机污染物,目前对水中有机物的常规监测指标(如TOC,COD,BOD5等)主要针对有机物总量的监测,过于笼统.水中有机物种类及特性的不同将极大地影响着有机物在水处理系统中的处理效果和排放后的行为.因此,开展城市污水二级生化出水中各类有机污染物的特性研究,对于了解和掌握城市污水二级出水中有机物对排放水体及周边环境的影响,以及指导生化出水进行深度处理,实现废水再生和循环利用,减轻污染负荷,均具有十分重要的理论意义和实用价值.     

长江三角洲地区典型废水中抗生素的初步分析

采用高效液相色谱-串联质谱方法,对城市生活污水、养猪场和甲鱼养殖场废水进行抗生素污染检测.污水处理厂污水中检出磺胺二甲嘧啶、磺胺甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑3种磺胺类抗生素,浓度都低于5 μg·l-1.养猪场废水中检出磺胺甲恶唑、磺胺对甲氧嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺氯哒嗪5种磺胺类抗生素(＜5μg·l-1),四环素类的四环素、土霉素和强力霉素(30.05-100.75μg·l-1).甲鱼养殖场废水检出氯霉素、甲砜霉素和氟甲砜霉素3种氯霉素抗生素,浓度低于检测下限0.1μg·l-1.结果表明,在3种典型废水中,养猪场废水检出抗生素的种类最多,浓度也最高;磺胺类在3种废水中检出频率最高,尤其是磺胺甲恶唑、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲氧嘧啶.说明城市生活污水、畜禽养殖场废水和水产养殖废水都是水环境潜在的抗生素污染源.     

生物炭添加对土壤中抗生素和抗性基因的环境行为影响研究进展

近年来,土壤抗生素和抗性基因污染已成为我国新兴的环境问题,生物炭作为土壤改良剂施用到土壤后会影响抗生素和抗性基因的环境行为.本文从我国土壤中抗生素和抗性基因污染现状和潜在风险出发,概述了生物炭添加土壤对抗生素的吸附、解吸及老化的影响,分析了生物炭特性、土壤类型、抗生素种类,和温度、pH值、共存物质等吸附条件对生物炭添加土壤吸附抗生素的影响,阐述了生物炭添加对土壤中抗生素和抗性基因迁移、消散、生物有效性,以及酶和微生物的影响,并对生物炭控制土壤中抗生素和抗性基因的研究前景进行了展望,拟为土壤中生物炭调控技术的发展提供参考.     

莱州湾近岸海域中典型抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性

为了揭示海陆衔接区环境中抗生素与抗性细菌分布特征及其内在相关性,以莱州湾及其主要入海河流为研究区域,利用HPLC-MS/MS分析样品中15种磺胺类抗生素(SAs)和6种喹诺酮类抗生素(QNs)的浓度,并通过改良的Method 1604(US EPA)评估海水与沉积物中2种典型水传病原微生物大肠杆菌(E.coli)与金黄色葡萄球菌(S.aureus)的抗生素抗性水平,进而探讨该区域水体中抗性菌株的分布特点以及微生物抗性率与相应抗生素浓度的相关性。结果显示,莱州湾水体与沉积物中普遍存在磺胺与喹诺酮类抗生素残留及抗性污染问题。两大类抗生素在水体中平均残留浓度分别为3.89 ng·L~(-1)(SAs)和234.68ng·L~(-1)(QNs),在沉积物中分别为0.91 ng·g~(-1)(SAs)和49.37 ng·g~(-1)(QNs),且分布特征基本呈现自河流向海洋逐渐递减的趋势,说明河流输入是莱州湾抗生素污染的主要来源。在水体中,具有磺胺类抗性的E.coli和S.aureus平均检出量分别达到2 018和4 683 CFU·L~(-1),抗性率范围分别在0%~37.3%和10.6%~45.8%之间;而2种喹诺酮类抗性病原微生物的平均检出量则相对较低,分别为1 315 CFU·L~(-1)(E.coli)和1 461 CFU·L~(-1)(S.aureus),抗性率分别为0%~50.0%和0%~20.8%;此外,相比于E.coli,S.aureus为沉积物中的主要抗性病原微生物,磺胺与喹诺酮类抗性S.aureus检出率均高于80%,平均检出量分别为24CFU·g~(-1)和18 CFU·g~(-1)。相关性分析表明,莱州湾近岸海域水体中磺胺类抗生素浓度与磺胺类抗性微生物总量之间具有良好的线性关系,然而其与微生物抗性率之间并未表现出相似的规律,说明近岸海洋环境中抗生素的残留量不是影响抗性菌株丰度的唯一因素。