用于削减污泥厌氧处理过程中抗性基因释放的方法

摘要

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种用于削减污泥厌氧处理过程中抗性基因释放的方法。本发明主要通过将浓缩污泥进行超声预处理，并通过检测污泥厌氧处理系统中的抗性基因变化情况来反馈调节厌氧处理过程的pH值，从而大幅削减污泥残渣及上清液中抗性基因的释放量。与常规污泥厌氧发酵系统相对，本方法在最佳工艺条件下可实现污泥残渣中抗性基因释放量减少30~100倍，污泥上清液中抗性基因释放量降低5~10倍。本方法具有操作简便及削减效果显著等优点。

说明书

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种将污泥进行超声预处理并控制污泥厌氧处理过程的pH值，从而大幅削减污泥残渣和上清液中常见抗性基因释放量的新方法。

背景技术

众所周知，抗生素的发现和使用在控制感染性疾病等方面发挥了重要作用。但是，近几十年来，抗生素的滥用导致了抗性微生物的大量增殖及抗性基因的广泛传播。大量研究证实，作为各种废水汇集地的污水处理厂已经成为了抗性微生物和抗性基因的重要污染源。抗性基因作为一种新型的污染物，不但会对生态环境造成破坏，而且还可能通过食物链，对人体健康构成威胁。其中，由于四环素类和磺胺类抗生素的广泛使用导致四环素类和磺胺类抗性基因在污水处理厂被大量检出。以四环素类抗性基因为例，其在污水处理厂出水中的浓度能够达到10² ~ 10⁶ copies/mL，而在剩余污泥中的浓度则高达10⁸ ~ 10⁹ copies/g污泥。众所周知，厌氧处理是污泥资源化利用的重要途径。但是，常规的厌氧处理并不能有效降低污泥中的抗性基因。因此，为了最大程度减少抗性基因可能对环境带来的潜在影响，有必要开发一种有效削减污泥厌氧处理过程中抗性基因释放的新技术。

目前，有研究者通过控制污泥处理方式来达到削减污泥中所含抗性基因的目标。例如，近年来的研究发现，污泥厌氧处理对抗性基因的削减效果明显优于好氧处理。同时，厌氧处理过程中温度的控制对污泥中抗性基因的去除也有影响，高温处理有利于抗性基因的去除，而常规的中温处理或室温处理对抗性基因的去除效果有限。发明人的研究发现，抗性基因的转移依赖于胞外DNA和噬菌体等潜在促进抗性基因水平转移的载体，而通过超声处理以及调节厌氧处理过程的pH值等可以显著改变抗性基因水平转移载体的数量，从而影响抗性基因的释放水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在污泥厌氧处理过程中有效削减污泥残渣和上清液中抗性基因释放的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

所述方法通过装置实现，所述装置包括浓缩池1、超声预处理装置2、厌氧处理装置3、实时荧光定量PCR仪4、计算机5、储碱池6、电动阀7和pH检测器8，浓缩池1底部通过管道和阀门连接超声预处理装置2上部一侧的污泥进口，超声预处理装置2的污泥出口连接厌氧处理装置3，厌氧处理装置3下部一侧为污泥残渣出口，上部一侧为上清液出口，所述上清液和污泥残渣分别通过实时荧光定量PCR仪4进行检测，储碱池6底部通过管道和电动阀7连接厌氧处理装置3顶部的进水口，厌氧处理装置3上部设有pH检测器8，所述计算机5分别连接实时荧光定量PCR仪4、电动阀7和pH检测器8；

具体步骤如下：

（1）将待处理污泥在浓缩池中通过重力沉降浓缩；污泥浓度控制为12 ~ 20 g/L；

（2）经过浓缩后的污泥进入超声预处理装置行超声预处理；超声预处理的时间控制为5 ~ 30 min，超声功率为0.1 ~ 0.5 kW，超声频率为10 ~ 40 kHz；

（3）将预处理后的污泥加入厌氧处理装置；厌氧处理温度为20 ~ 37℃，污泥停留时间为4 ~ 12天；

（4）通过实时荧光定量PCR仪检测污泥厌氧处理装置中污泥残渣和上清液中抗性基因的释放量；

（5）根据抗性基因释放量的检测结果，利用反馈调节控制碱液的投加量，控制厌氧处理过程的pH值为9.0 ~ 11.0。

本发明中，步骤（1）中，待处理污泥可以是污水处理厂的初沉污泥、剩余污泥或两者任意比例的混合物。

本发明中，步骤（4）中，检测的抗性基因主要为磺胺类抗性基因sul I和sul II，以及四环素类抗性基因tet O和tet Q。

本发明中，推荐的工艺参数为：污泥浓度15 g/L；超声预处理的时间15 min、超声功率0.3 kW、超声频率30 kHz；污泥厌氧处理过程的温度35℃，污泥停留时间8天，反馈调节的pH值10.0。

本发明的有益效果是：

（1）本方法可实现污泥残渣中抗性基因释放量降低30 ~ 100倍；

（2）本方法可实现污泥上清液中抗性基因释放量降低5 ~ 10倍；

（3）本方法具有操作简便及削减效果显著等优点。

附图说明

图1为本发明提出的削减污泥厌氧处理过程中抗性基因释放的工艺流程图。

图中标号：1浓缩池，2超声预处理装置，3厌氧处理装置，4实时荧光定量PCR仪，5计算机，6储碱池，7电动阀，8 pH检测器。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

（1）如图1所示，将污水处理厂的污泥通过浓缩池1浓缩至污泥浓度为12 g/L；

（2）将浓缩污泥泵入超声预处理装置2，控制处理时间为5 min，超声功率为0.1 kW，超声频率为10 kHz；

（3）将预处理后的污泥加入厌氧处理装置3，控制处理过程的温度为20 ± 1 ℃，污泥停留时间为4天；

（4）厌氧处理装置运行过程中，通过实时荧光定量PCR仪4检测污泥残渣和上清液中抗性基因的释放量，检测数据自动输入计算机5；

（5）根据检测数据，通过储碱池6的电动阀7和pH检测器8控制碱液投加量，反馈调节系统pH值为9.0 ± 0.1。，与常规污泥处理系统（不进行超声预处理、不反馈调节pH值）相比，采用本方法的污泥残渣中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低30倍和35倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别减量40倍和36倍；上清液中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低5倍和5.3倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别降低5.8倍和5.1倍。

实施例2：

（1）如图1所示，将污水处理厂的污泥通过浓缩池1浓缩至污泥浓度为15 g/L；

（2）将浓缩污泥泵入超声预处理装置2，控制处理时间为15 min，超声功率为0.3 kW，超声频率为30 kHz；

（3）将预处理后的污泥加入厌氧处理装置3，控制处理过程的温度为35 ± 1 ℃，污泥停留时间为8天；

（4）厌氧处理装置运行过程中，通过实时荧光定量PCR仪4检测污泥残渣和上清液中抗性基因的释放量，检测数据自动输入计算机5；

（5）根据检测数据，通过储碱池6的电动阀7和pH检测器8控制碱液投加量，反馈调节系统pH值为10.0 ± 0.1。，与常规污泥处理系统（不进行超声预处理、不反馈调节pH值）相比，采用本方法的污泥残渣中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低90倍和92倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别减量100倍和94倍；上清液中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低9.5倍和9.8倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别降低10倍和9.2倍。

实施例3：

（1）如图1所示，将污水处理厂的污泥通过浓缩池1浓缩至污泥浓度为20 g/L；

（2）将浓缩污泥泵入超声预处理装置2，控制处理时间为30 min，超声功率为0.5 kW，超声频率为40 kHz；

（3）将预处理后的污泥加入厌氧处理装置3，控制处理过程的温度为37 ± 1 ℃，污泥停留时间为12天；

（4）厌氧处理装置运行过程中，通过实时荧光定量PCR仪4检测污泥残渣和上清液中抗性基因的释放量，检测数据自动输入计算机5；

（5）根据检测数据，通过储碱池6的电动阀7和pH检测器8控制碱液投加量，反馈调节系统pH值为11.0 ± 0.1。，与常规污泥处理系统（不进行超声预处理、不反馈调节pH值）相比，采用本方法的污泥残渣中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低75倍和78倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别减量82倍和80倍；上清液中四环素类抗性基因tetO和tetQ分别降低6.8倍和7倍，磺胺类抗性基因sul I和sul II分别降低7.6倍和7.2倍。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。