【养殖废水】简析畜禽养殖废水处理工艺

畜禽养殖环境重金属的污染不仅引起重金属耐受菌及抗铜、抗锌基因丰度的提高，可能存在重金属与抗生素的协同选择作用(coion)，重金属的选择压力可能使抗生素抗性基因丰度维持在较高水平.欧盟国家已禁止抗生素饲料添加剂的使用，但减少抗生素使用并不会阻止抗性基因的传播，养殖场重金属使用可能会通过协同选择增加抗生素抗性基因的传播.研究发现磺胺类sulA与重金属Hg、Cu、Zn具有显著相关关系.研究发现猪场废水中高浓度的Cu和Zn显著提高了耐β内酰胺大肠杆菌的丰度.

图1 猪粪分离的具有重金属与抗生素协同抗性的质粒pMC2

指出重金属和抗生素抗性的协同选择机制主要是因为重金属和抗生素的抗性机制的耦合作用，包括交叉抗性(crossresistance)和协同抗性(coresistance).交叉抗性是某种抗性基因编码的酶或蛋白具有提高细胞耐受多种抑菌物质(如抗生素或重金属)的能力，如多重药剂外排泵(multi  drug efflux  pumps)，其可以将毒性物质迅速排出细胞外.而协同抗性指的是具有两种或多种抗性功能的基因相互邻近并在一个移动基因元件上.如猪粪中分离的质粒pMC2，携带大环内脂、四环素等抗生素抗性基因和汞、铬等重金属抗性基因，具有很强的移动和结合能力总结了畜禽粪便中重金属引起抗生素协同抗性的最小浓度(Minimum  coive concentration，MCC)，Cu和Zn的MCC值分别为11.79和22.75 mg ˙ kg-1  DM，但作者也指出非常缺乏畜禽养殖废水重金属对抗生素抗性基因协同选择的数据.另外，养殖废水复合污染的特性也增加了抗性基因研究的难度.4  畜禽养殖废水处理工艺对抗性基因的消减 (Removal of antibiotic resistance genes during process of  animal wastewater treatment)

4.1 常规生物处理工艺

厌氧消化是畜禽养殖场采用最为广泛的废水处理工艺.指出厌氧过程抑制细菌代谢，对抗性基因传播具有抑制作用.指出ARGs去除与厌氧菌群结构具有相关性，主要表现在抗性基因的宿主菌群在厌氧环境中的变化.

针对厌氧消化处理养殖废水抗性基因的变化，现场调研较多，参数优化的研究较少，针对猪场废水的研究较多，其他种类的养殖废水研究较少，不同生物处理工艺抗性基因赋存特征详见表  2.研究了不同规模猪场的废水生物处理系统抗性基因去除效果，结果表明厌氧消化和好氧生物处理对tetA、tetW、sul1、sul2、blaTEM抗性基因平均去除率在33.3%~97.56%.考察了环境温度下厌氧消化在不同季节的处理效果，夏季ermB、ermF、ermX的去除效果优于冬季，夏季厌氧消化出水较猪场原废水ermB、ermF、ermX和tetG平均降低1.2、0.8、0.7和1.1  log copies ˙  mL-1，表明温度是厌氧消化去除抗性基因的重要控制指标.针对温度对厌氧消化抗性基因消减的影响，)指出高温厌氧消化对四环素类抗性基因tetA、tetO、tetW、tetX有显著去除，它们的去除符合一级反应动力学模型，而tetL只存在于革兰氏阴性菌，厌氧处理对其去除效果不明显，而在好氧高温处理(55  ℃)过程中tetL丰度表现出线性降低趋势.比较了高温和中温厌氧消化对牛粪中耐药菌的影响，结果表明高温可全部消灭多重耐药菌(抗头孢唑啉、新霉素、万古霉素、土霉素、氨苄西林等)，而中温发酵只可以去除多重耐药菌1~2  log cfu ˙ mL-1.

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