一種去除污水中抗生素抗性基因的方法技術

本發明專利技術涉及一種去除污水中抗生素抗性基因的方法，屬于污水凈化處理技術領域。本發明專利技術考察了膜面污染物組分與抗生素抗性基因的關聯性，采用生物處理和膜技術聯合工藝，將生物處理、膜技術與膜面污染物吸附截留作用有機耦合，確定并優化了膜生物反應器生物過程的調控和運行參數，確定了膜面有機污染物對強化去除污水中抗生素抗性基因所需的最佳濃度，使污水中抗生素抗性基因的去除率高達93.7％。無需額外投加化學藥劑，降低了二次污染，節省了運行管理費用，滿足了經濟、社會和環境可持續發展的重大需求，工藝簡潔合理，符合污水深度處理與回用的工業化應用需求，為控制污水中抗生素抗性基因的傳播提供了一種科學可靠的新技術。

【技術實現步驟摘要】
一種去除污水中抗生素抗性基因的方法
本專利技術涉及一種去除污水中抗生素抗性基因的方法。屬于污水凈化處理

技術介紹
目前，抗生素在醫療、養殖及制藥等行業中的濫用不斷加重，導致了細菌對抗生素產生抗性，為細菌性疾病的防控和治療帶來極大困難。抗生素抗性基因(Antibioticresistancegenes,ARGs)作為一種新型環境污染物，是細菌獲得抗性的重要因素之一，ARGs的產生主要來自基因的誘導突變和水平轉移。環境中的誘變劑如抗生素、重金屬等會誘導細菌突變產生ARGs，這類獲得抗性的抗性細菌將在不同環境介質間進行增殖和傳播。抗性細菌所攜帶的ARGs通過轉化、轉導和接合等基因的水平轉移作用，與質粒、轉座子、整合子、嵌合基因等可移動基因元件結合，從而在種內、種間傳播擴散。ARGs具有可遷移性和持久存在性，在環境中難以被降解和去除，而ARGs進入食物鏈后會借助微生物作為載體，在食物鏈不同層級間轉移擴增，對宿主生物造成潛在危害。污水處理系統是ARGs進入自然環境的主要途徑和潛在存儲庫。有效去除污水中ARGs是實現污水再生回用的關鍵問題，污水再生回用是全球范圍內水資源持續利用重要策略。在控制抗生素抗性傳播，和避免抗生素抗性的潛在生態風險方面發揮重要作用。我國是抗生素生產和使用大國，抗生素生產、醫院、養殖產生的廢水和市政污水中ARGs檢出豐度較高，現有城鎮污水處理廠多采用傳統活性污泥法等傳統污水處理技術，其處理目標主要定位于碳氮磷等常規污染物的去除，對污水中ARGs的去除能力十分有限，部分種類的ARGs檢出率、豐度和多樣性甚至有所升高。在污水處理廠中未能去除的ARGs通過出水排放進入受納水體，我國不同水體和水環境中已檢出了較高濃度ARGs。現有去除污水中ARGs的技術主要包括：基于紫外和氯化的消毒技術，通過投加鋁鹽和鐵鹽實現的混凝沉淀技術，混凝沉淀與消毒聯合處理，以及一些流程復雜的復合處理技術(包括“混凝沉淀-生化處理-過氧乙酸消毒-高壓CO2消毒-納米二氧化鈦催化-沉淀”和“格柵過濾-沉淀分離-Fenton氧化-UV/H2O2氧化-消毒”等)。這些現有技術都需要增設大量水處理單元、設備，并需投加大量化學藥劑，極大地增加了處理成本、占地面積和運行管理難度；同時，當進水的水量和水質波動較大時，如未及時調整消毒劑的劑量或者混凝劑的投加量，處理流程的出水存在ARGs泄露風險；另外，為達到較好的ARGs去除效果而向污水廠二級出水中過多投加化學藥劑，將會對收納水體造成二次污染。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種處理效果好、運行簡便穩定的去除污水中抗生素抗性基因工藝。用該方法解決了目前污水凈化處理工藝對于ARGs去除存在的處理效果欠佳、處理成本高、運行管理復雜等難題。為了達到上述目的，本專利技術通過對現有污水廠的調查，發現膜生物反應器(MBR)較長的固體停留時間和較高的活性污泥濃度等特點，都十分有助于處理難降解污染物。此外膜組件的膜截留作用和膜污染物的吸附作用能有效攔截小分子污染物。本專利技術采用生物處理和膜技術聯合工藝去除污水中ARGs，通過優化調控MBR生物過程和運行參數，達到較好的ARGs去除效果。本專利技術具體步驟如下：A，構建缺氧/好氧-膜生物反應器(A/O-MBR)，向缺氧/好氧-膜生物反應器(A/O-MBR)接種城市污水處理廠曝氣池中活性污泥后，采用人工配制模擬城市污水進水中待測ARGs相對豐度為1.11拷貝數/16SrRNA序列條數，啟動缺氧/好氧-膜生物反應器運行；上述步驟A中的構建缺氧/好氧-膜生物反應器(A/O-MBR)，缺氧/好氧-膜生物反應器中缺氧區和好氧區的有效容積之比為2：1；在A/O-MBR系統出水泵前增加真空壓力表；好氧區內的膜組件使用孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯平板膜，采用浸沒式運行方式，膜組件下方設置底部穿孔曝氣管，膜組件中部位置設置微孔曝氣頭構成供氧方式，控制曝氣的氣：水＝50：1；使用蠕動泵作為抽吸動力將待處理污水從膜的兩側跨膜抽吸進入膜內部，膜過濾后出水通過真空壓力表以恒定膜通量和間歇循環方式出水，每一個間歇循環為過濾10min，停歇2min；上述步驟A中的接種污泥取自上海市曲陽污水處理廠曝氣池，接種污泥MLSS(g/L)為4.8，VSS(g/L)為3.70，SVI(mL/g)為162.5，DO(mg/L)為6.4～6.5，pH為3.5～4.5，溫度(℃)為25±1；上述步驟A中的進水采用人工配制模擬城市污水，以乙酸鈉為碳源，氯化銨為氮源，磷酸二氫鉀為磷源，控制COD為350～400mg/L、總氮為30～50mg/L、總磷濃度為10mg/L，人工模擬污水具體組分：780mg/LCH3COONa，230mg/LNH4Cl，43mg/LKH2PO4，8mg/LFeSO4，102mg/LMgSO4，42mg/LCaCl2和0.5mL/L微量元素液(每升微量元素液中含有0.2gH3BO3，0.2gCoCl2·6H2O，0.06gCuSO4·5H2O，2gFeCl3·6H2O，0.22gMnCl2·2H2O，0.2gZnSO4·7H2O，0.06gKI，0.12gNiCl2)；人工配置污水中ARGs豐度平均為1.26×108拷貝數/mL。B，定期檢測系統的污染物去除率，調整運行參數，穩定A/O-MBR運行狀態，控制膜通量為15L/m2/h，污泥停留時間設為60d，水力停留時間設為6h，好氧區MBR池懸浮固體濃度MLSS為8～12g/L，活性污泥從好氧區至缺氧區內回流比為250～300％，反應運行溫度控制在25±1℃，缺氧區攪拌轉速為200～250r/min；當真空壓力表壓差到達40kPa時，關閉蠕動泵停止進水，作為一個過濾周期，將膜組件換洗，先進行物理清洗，再用0.5％NaClO進行化學清洗，減小膜面污染物濃度；C，檢測膜面污染物組分，其中細菌溶解性微生物代謝產物(SolubleMicrobialProducts，SMP)組分濃度為20～35mg/m2，細菌胞外聚合物(ExtracellularPolymericSubstances，EPS)組分濃度為150～300mg/m2時，既能保證膜生物反應器較高的出水流量，同時也能達到強化ARGs吸附攔截的效果，出水中ARGs豐度下降2～5個數量級，ARGs去除率高達93.7％；本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術通過將膜技術和生物處理技術結合，使污水中的ARGs一方面能夠被MBR中活性污泥吸附降解，另一方面，MBR膜面適量污染物能夠較好地吸附并攔截ARGs，避免小分子胞外游離ARGs穿透膜孔泄露于出水中，可有效去除污水中ARGs污染，避免受納水體的ARGs污染；(2)本專利技術通過檢測MBR膜面污染物中各組分的濃度，確定了膜面有機污染物對強化去除污水中ARGs所需的最佳濃度，較好保證了ARGs去除效果，彌補了傳統活性污泥法出水中存在較高ARGs泄露風險的不足，避免了現有高級處理工藝的流程復雜、化學藥劑投量大、運行管理復雜等弊端；(3)本專利技術整個工藝流程操作運行簡單，易于實現，且自動化程度高，便于工業化應用，相比于現有ARGs去除工藝，本專利技術在處理流程的運行管理方面更加便捷高效，且無需額外投加化學藥劑，降低了污水處理過程中的二次污染，且有效節省了運行本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于：A，構建缺氧/好氧?膜生物反應器，向缺氧/好氧?膜生物反應器接種城市污水處理廠曝氣池中活性污泥，采用人工配制模擬城市污水進水,使城市污水進水中的待測抗生素抗性基因相對豐度為1.11copies/16S?RNA，啟動缺氧/好氧?膜生物反應器運行；上述步驟A中的構建缺氧/好氧?膜生物反應器，其中，缺氧/好氧?膜生物反應器中缺氧區有效容積：好氧區有效容積＝2：1；好氧區內的膜組件使用孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯平板膜，采用浸沒式運行方式，膜組件下方設置底部穿孔曝氣管，膜組件中部位置設置微孔曝氣頭構成供氧方式，控制曝氣的氣：水＝50：1；使用蠕動泵作為抽吸動力，將待處理污水從膜的兩側跨膜抽吸進入膜內部，膜過濾后出水通過真空壓力表以恒定流量和間歇循環方式出水，每一個間歇循環為過濾10min，停歇2min；在出水前增加真空壓力表；上述步驟A中的接種城市污水處理廠曝氣池中活性污泥中MLSS為4.8g/L，VSS為3.70g/L，SVI為162.5mL/g，DO為6.4～6.5mg/L，pH為3.5～4.5，溫度為25±1℃；上述步驟A中的進水采用人工配制模擬城市污水，是以乙酸鈉為碳源，氯化銨為氮源，磷酸二氫鉀為磷源，控制COD為350～400mg/L、總氮為30～50mg/L、總磷濃度為10mg/L，人工模擬污水具體組分：780mg/L?CH...

【技術特征摘要】
1.一種去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于：A，構建缺氧/好氧-膜生物反應器，向缺氧/好氧-膜生物反應器接種城市污水處理廠曝氣池中活性污泥，采用人工配制模擬城市污水進水,使城市污水進水中的待測抗生素抗性基因相對豐度為1.11copies/16SRNA，啟動缺氧/好氧-膜生物反應器運行；上述步驟A中的構建缺氧/好氧-膜生物反應器，其中，缺氧/好氧-膜生物反應器中缺氧區有效容積：好氧區有效容積＝2：1；好氧區內的膜組件使用孔徑為0.1μm的聚偏氟乙烯平板膜，采用浸沒式運行方式，膜組件下方設置底部穿孔曝氣管，膜組件中部位置設置微孔曝氣頭構成供氧方式，控制曝氣的氣：水＝50：1；使用蠕動泵作為抽吸動力，將待處理污水從膜的兩側跨膜抽吸進入膜內部，膜過濾后出水通過真空壓力表以恒定流量和間歇循環方式出水，每一個間歇循環為過濾10min，停歇2min；在出水前增加真空壓力表；上述步驟A中的接種城市污水處理廠曝氣池中活性污泥中MLSS為4.8g/L，VSS為3.70g/L，SVI為162.5mL/g，DO為6.4～6.5mg/L，pH為3.5～4.5，溫度為25±1℃；上述步驟A中的進水采用人工配制模擬城市污水，是以乙酸鈉為碳源，氯化銨為氮源，磷酸二氫鉀為磷源，控制COD為350～400mg/L、總氮為30～50mg/L、總磷濃度為10mg/L，人工模擬污水具體組分：780mg/LCH3COONa，230...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王亞宜，朱奕靜，蔣勗欣，張姚，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發明
國別省市：上海,31