专利名称：一种去除污水中抗生素抗性基因的方法
技术领域：
本发明属于环境保护的水处理领域，尤其涉及ー种去除污水中抗生素抗性基因的方法。
背景技术：
抗生素的大量使用甚至是滥用所导致的环境污染问题日趋严重，通过抗生素的选择性压力，诱导动物体内微生物或进入环境后诱导环境微生物所产生的抗生素抗性基因(ARGs)污染，严重威胁生态环境安全和人类健康。抗生素抗性基因可通过质粒、整合子-基因盒、转座子等可移动的基因元件在同种或不同种菌群中进行水平基因转移，在环境中具 有持久性和可复制性，被认为是ー种新型环境污染物。世界卫生组织(WHO)将ARGs作为21世纪威胁人类健康的最重大挑战之一，并宣布将在全球范围进行战略部署控制ARGs的传播和扩散。据WHO报道，毎年美国有200万人受到抗性病原菌的感染并导致14，000人死亡。目前在世界各国的土壌、沉积物、地表水、地下水、海水、污(废)水、甚至饮用水中频繁检出抗生素抗性基因和抗性微生物，且种类和数量不断増加。我国是抗生素生产和使用大国，在我国的不同水体和水环境中普遍检测到高浓度的抗生素抗性基因。污水处理系统是抗生素抗性基因进入水环境的主要途径，抗生素抗性基因随医疗废水、制药废水、养殖场污水、生活污水等进入污水处理系统，由于现有的污水处理技术对许多抗生素和抗生素抗性基因没有明显的去除效果，污水处理出水中仍有相当浓度的抗性基因。不同国家由于抗生素的生产和使用情况不同，污水中的抗生素抗性基因的分布具有明显的地域差异。目前有关抗生素抗性基因的研究主要局限于在不同环境中检测到其存在，有关抗生素抗性基因在环境中的传播和扩散机制关注较少。抗生素的选择性压カ无疑是造成环境中抗生素抗性基因广泛传播的主要因素，其他环境因素(如化工、重金属污染)也可能成为抗生素抗性基因的选择性压力，如重金属Zn的存在可显著增加活性污泥中泰乐菌素的抗性。即使外来选择性压カ移除后，抗生素抗性基因仍会继续在微生物种群中存在，被称为“易得难除”现象。传统的污水处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果不明显，污水处理厂出水和污泥农用被认为是地表水、土壤和地下水中抗生素抗性基因的重要来源。Storteboom利用ARGs分子标签追踪Colorado流域抗生素抗性基因的来源时发现与人类疾病有关的抗生素抗性基因主要来自于污水处理厂而非周边的动物养殖场或上游河流。传统的污水处理工艺对抗生素抗性基因的去除效果不明显。对抗性基因和抗性菌的去除可从污水的安全回用角度出发，而污水的消毒是确保水质安全不可或缺的环节。
发明内容
ー种去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下(I)混凝沉淀收集污水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3-5mg/L废水，混凝剂PAM的投加量为l_3mg/L废水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；(2)生化处理
将步骤(I)砂滤后出水采用厌氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ艺去除污水中的氮、磷，降低C0D，处理后出水经ニ沉池进行泥水分离；(3)过氧こ酸消毒将经过步骤(2)生化处理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入过氧こ酸消毒IOmin,过氧こ酸加入量为80_100mg/L ；该过氧こ酸的制备エ艺为先取冰醋酸放入桶中，加入2%硫酸混匀，然后加入30%的过氧化氢(过氧化氢与冰醋酸用量比为I : 2)，加入lg/L浓度为O. 1%磷酸作为稳定剂，在室温下放置2天后使用；(4)高压CO2消毒エ艺往步骤(3)中的消毒塔内注入O. 5-1. 5Mpa高压CO2气体，高压CO2气体由高压CO2钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO2通入时间为5-10min ；(5)纳米ニ氧化钛光催化步骤⑷得到的高压CO2消毒出水送入纳米ニ氧化钛(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料，所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料包括核体和涂层两部分，核体外包覆着纳米级TiO2涂层，核体采用聚こ烯材料一次注塑成型，核体球半径在3 IOcm之间；涂层为粒径小于IOOnm的TiO2粉体浸涂形成，涂层厚度在O. 05 O. 45mm之间；所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料的比重为水的比重的95 99. 8% ；同时，在沉淀池中30°斜放ー个的复合三层的多组纳米ニ氧化钛网，白天阳光、阴天和日落后紫外线的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因；所述纳米ニ氧化钛网是不锈钢网上加涂纳米级ニ氧化钛涂层形成的；(6)步骤(5)后沉淀lh，精滤，去除水中的剰余杂质，得到处理回收的水。进ー步地，步骤I)中的所述絮凝剂为聚合硫酸铁液体；所述混凝剂采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化铵、聚合氯化铝，硫酸铝、氯化铁的混合物，其混合比例为3 2 I 1，用量为 20 150mg/L ；进ー步地，步骤5)中所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料的核体的形状是椭圆体、中空球体、四方体、长方体。有益效果该方法符合エ业废水深度处理和回用的需求，符合促进经济、社会和环境可持续发展的国家重大需求，重点处理废水中毒害污染物-杭生素抗性基因和病原微生物，利用先进的技术组合，将ニ氧化碳消毒技术应用在废水处理中，有效去除抗性基因，为污水深度处理和水质安全保障提供理论支持和技术保障，填补了国内外所属领域的技术空白。
具体实施例方式实施例I
ー种去除养殖场污水中抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下(I)混凝沉淀收集污水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为5mg/L废水，混凝剂PAM的投加量为3mg/L废水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度；(2)生化处理将步骤(I)砂滤后出水采用厌氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ艺去除污水中的氮、磷，降解C0D，去除后出水经ニ沉池进行泥水分离；(3)过氧こ酸消毒
将经过步骤(2)生化处理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入过氧こ酸消毒IOmin,过氧こ酸加入量为100mg/L ；该过氧こ酸的制备エ艺为先取冰醋酸放入桶中，加入2%硫酸混匀，然后加入30%的过氧化氢(过氧化氢与冰醋酸用量比为I : 2)，加入lg/L浓度为O. 1%磷酸作为稳定剂，在室温下放置2天后使用；(4)高压CO2消毒エ艺往步骤(3)中的消毒塔内注入I. 5Mpa高压CO2气体，高压CO2气体由高压CO2钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO2通入时间为IOmin ；(5)纳米ニ氧化钛光催化步骤⑷得到的高压CO2消毒出水送入纳米ニ氧化钛(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料，所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料包括核体和涂层两部分，核体外包覆着纳米级TiO2涂层，核体采用聚こ烯材料一次注塑成型，核体球半径在3 IOcm之间；涂层为粒径小于IOOnm的TiO2粉体浸涂形成，涂层厚度在O. 05 O. 45mm之间；所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料的比重为水的比重的95 99. 8% ；该填料表层涂有纳米级ニ氧化钛层，ニ氧化钛属于N型半导体，根据光催化理论N型半导体材料的能带不连续，在其价带和导带之间存在禁带，当半导体氧化物粒子受到大雨禁带宽度能量的光子照射后，电子由价带跃迁到导带，产生了电子一空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与半导体氧化物纳米粒子表面的OH—反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和H2O等无机物。反应式如式(I)所示
光
TiC>2 — e+hh+H20 — · O—2· O—2++H' — H2O · (I)2H20 · — O2+H2O2H2O2+ · 0 2 — HO · +OH +O2同时，在沉淀池中30°斜放ー个的复合三层的多组纳米ニ氧化钛网，白天阳光、阴天和日落后紫外线的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因；
所述纳米ニ氧化钛网是不锈钢网上加涂纳米级ニ氧化钛涂层形成的；(6)步骤(5)后沉淀lh，精滤，去除水中的剰余杂质，得到处理回收的水。进ー步地，步骤I)中的所述絮凝剂为聚合硫酸铁液体；所述混凝剂采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化铵、聚合氯化铝，硫酸铝、氯化铁的混合物，其混合比例为3 :2:1:1;出水水质I型整合子(intll)、磺胺类抗性基因(sull、sulll、sulIII)和四环素抗性基因(tetA、tetM、tetW、tetQ如下表
权利要求
1.ー种去除污水中抗生素抗性基因的方法，其特征在于具体步骤如下 (1)混凝沉淀 收集污水进入混凝沉淀池，使用絮凝剂PAC和混凝剂PAM进行混凝沉淀处理，所述的絮凝剂PAC的投加量为3-5mg/L废水，混凝剂PAM的投加量为l_3mg/L废水；沉淀后得上清液进入砂滤池进一步去除水体浊度； (2)生化处理 将步骤(I)砂滤后出水采用厌氧-缺氧-好氧(A2/0)活性污泥エ艺去除污水中的氮、磷和COD，去除后出水经ニ沉池进行泥水分离。
(3)过氧こ酸消毒 将经过步骤(2)生化处理后的ニ沉池出水用泵送入消毒塔，加入过氧こ酸消毒lOmin，过氧こ酸加入量为80-100mg/L ； 该过氧こ酸的制备エ艺为先取冰醋酸放入桶中，加入2 %硫酸混匀，然后加入30 %的过氧化氢(过氧化氢与冰醋酸用量比为I : 2)，加入lg/L浓度为O. I %磷酸作为稳定剂，在室温下放置2天后使用。
(4)高压CO2消毒エ艺 往步骤(3)中的消毒塔内注入O. 5-1. 5Mpa高压CO2气体，高压CO2气体由高压CO2钢瓶经过减压阀和高压管道，通过消毒塔底部的微孔曝气管进入消毒塔，分布在溶液中进行杀菌，高压CO2通入时间为5-10min ； (5)纳米ニ氧化钛光催化 步骤(4)得到的高压CO2消毒出水送入纳米ニ氧化钛(TiO2)光催化氧化池；所述光催化氧化池加入球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料，所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料包括核体和涂层两部分，核体外包覆着纳米级TiO2涂层，核体采用聚こ烯材料一次注塑成型，核体球半径在3 IOcm之间；涂层为粒径小于IOOnm的TiO2粉体浸涂形成，涂层厚度在O. 05 O. 45mm之间；所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料的比重为水的比重的95 99. 8% ； 同时，在沉淀池中30°斜放ー个的复合三层的多组纳米ニ氧化钛网，白天阳光、阴天和日落后紫外线的照射下，再一次氧化、分解、降解，去除污水中的抗性基因。
所述纳米ニ氧化钛网是不锈钢网上加涂纳米级ニ氧化钛涂层形成的； (6)步骤(5)后沉淀lh，精滤，去除水中的剰余杂质，得到处理回收的水。
2.如权利要求I中所述的ー种去除水和废水中抗性基因的方法，其特征在于步骤I)中的所述絮凝剂为聚合硫酸铁液体；所述混凝剂采用聚ニ甲基ニ烯丙基氯化铵、聚合氯化铝，硫酸铝、氯化铁的混合物，其混合比例为3 2 I 1，用量为20 150mg/L ;
3.如权利要求1-2中所述的ー种去除水和废水中抗性基因的方法，其特征在于步骤5)中所述球形纳米级ニ氧化钛悬浮式填料的核体的形状是椭圆体、中空球体、四方体、长方体。
全文摘要
本发明提供一种去除污水中抗生素抗性基因的方法，该方法主要通过混凝沉淀-生化处理-过氧乙酸消毒-高压CO2消毒-纳米二氧化钛光催化-沉淀整套工艺对污水中的抗生素抗性基因进行去除，有效地控制抗性基因在环境中的传播，解决了废水中抗性基因对环境的危害问题，提高了生物处理能力和废水处理效果，工艺流程简洁、合理，降低了运行成本，便于工业化应用，为人类健康和环境保护提供科学和可靠的技术。
文档编号C02F1/30GK102616992SQ20121008616
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者任洪强, 耿金菊 申请人:南京大学