AO4微氧曝气系统对猪场废水中抗生素及其抗性基因的削减作用研究

摘要

近年来，随着抗生素在畜禽养殖过程中的大量使用，养殖废水中残留抗生素及其抗性基因(ARGs)已经成为环境中抗生素和抗性基因污染的重要来源。传统的猪场养殖废水处理工艺虽然对COD、NH4+-N、TN和TP等常规污染物有一定的去除效果，但是并不能有效去除猪场养殖废水中的抗生素，甚至会加速ARGs的产生和扩散。AO4微氧曝气系统能有效去除养殖废水中常规污染物，但是其对抗生素及其ARGs是否具有显著的削减效果目前尚不清楚。本文通过运行猪场养殖废水AO4微氧曝气系统中试装置，采用超高液相色谱连用质谱(LC-MS/MS)和实时荧光定量PCR技术定量分析废水处理过程中抗生素浓度及其抗性基因的丰度变化规律，阐明了该系统对猪场养殖废水中抗生素及其抗性基因的削减效果，初步揭示了相关的削减机理。主要研究结果如下:
　　(1)AO4微氧曝气系统可有效去除猪场养殖废水中COD、NH4+-N、TN和TP等常规污染物。在200天稳定运行期间，AO4微氧曝气系统对养殖废水COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别达到95％、95％、90％和95％以上，出水水质明显优于《畜禽养殖业污染物排放标准》（二次征求意见稿）的排放要求。
　　(2)AO4微氧曝气系统能有效削减猪场养殖废水中的残留抗生素浓度。AO4微氧曝气系统维持相对较高的污泥浓度，能促进活性污泥对抗生素的吸附和降解，去除效果优于传统的猪场养殖废水处理工艺。根据废水中12种残留抗生素的定量分析，发现系统对四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素的去除率分别为99.34％，98.71％和88.52％。进一步分析表明，四环素类和喹诺酮类抗生素的削减机制主要为活性污泥吸附，而磺胺类抗生素的削减机制则主要为微生物降解或转化。
　　(3)AO4微氧曝气系统可显著降低猪场养殖废水中ARGs绝对丰度，低DO浓度对削减ARGs相对丰度至关重要。系统对猪场养殖废水中检测到的6种ARGs绝对丰度的削减级数为104～106。AO4微氧曝气系统运行过程中，低溶氧浓度运行条件有利于提升废水处理系统总细菌含量，增加质粒等可移动遗传元件复制的代谢负荷，抑制ARGs产生和扩散，从而降低处理过程废水中ARGs的相对丰度。

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论文说明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 养殖废水中的抗生素概述

1．1．1 抗生素筒介

1．1．2 养殖废水中抗生素捧放特征

1．1．2 养殖废水中残留抗生素污染现状

1．2 抗生素抗性基因概述

1．2．1 抗性基因概述

1．2．2 养殖废水中抗生素抗性基因的排放特征

1．2．2 养殖废水中抗生素抗性基因污染现状

1．3 猪场养殖废水抗生素和抗性基因去除技术研究进展

1．4 研究目标与研究内容

1．4．1 研究背景

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

第二章 材料与方法

2．1 AO4微氧曝气系统启动和运行

2．2 样品采集

2．3 抗生素含量测定

2．3．1 抗生素的选用

2．4．2 样品预处理

2．4．3 抗生素莘取

2．4 实时荧光定量PCR分析

2．4．1 样品预处理

2．4．2 常规PCR反应

2．4．2 实时荧光定量PCR反应

2．5 物料平衡分析

第三章 结果与讨论

3．1 AO4微氧曝气系统对养殖废水中传统污染物的去除效果

3．2 AO4截氯曝气处理系统对养殖废水中抗生素的削减作用

3．2．1 AO4截氧暴气处理系统对养殖废水中抗生素浓度的削减效果

3．2．2 AO4微氧曝气处理系统对养殖废水中的抗生素削减作用机理

3．3 AO4微氧曝气处理系统对养殖废水中抗生素抗性基因的削减作用

3．3．1 AO4微氧曝气处理系统对养殖废水中抗生素抗性基因丰度的影响

3．3．2 AO4微氧曝气处理系统削减养殖废水中抗生素抗性基因丰度的潜在机理

第四章 结论与展望

4．1 研究结论

4．2 主要创新点

4．3 研究展望

参考文献

作者简历