一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法

技术领域

本发明属于污水净化处理技术领域，具体涉及一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法。

背景技术

抗生素抗性基因(ARGs)近年来被定义为一种新的环境污染物。由于抗生素在医药、畜牧和农业上的广泛应用，细菌对抗生素的耐药性已经成为日益严重的全球性健康挑战。一旦ARGs被转移到人类病原体中，那些拥有ARGs的人类病原体引起的疾病将变得更加难以治愈。病原菌的抗生素耐药性与高发病率和死亡率相关，被视为一个全球公共卫生问题，因此抗生素抗性基因的去除和消减刻不容缓。

由于污水处理厂进水中抗生素的高残留负荷和活性污泥中的高细菌密度，污水处理厂成为ARGs产生和增殖的理想环境，被认为是ARGs传播的热点。对某污水处理厂抗性基因的污染水平研究结果表明较高的ARG水平(3.6×10

ARGs去除技术研究尚处于起步阶段。目前所报道的ARGs去除技术主要包括生物、物理、化学等处理技术，且存在较大局限性。其中，ARGs经生物处理后未被破坏，但仍大量存在于污泥中，造成潜在危害。传统消毒法(活性氯消毒、臭氧消毒和紫外线消毒)主要通过氧化作用破坏细胞结构而灭活病原微生物，随后氧化剂进一步渗入菌体内，实现胞内ARGs的削减，然而涉及的高能量和试剂成本是其使用的重要限制因素。因此常规水处理工艺并不能保证抗生素耐药性方面的安全性，故寻求一个高效的方法，彻底控制污水处理厂出水中ARGs的安全风险非常重要。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法。

本发明采用的技术方案为：

一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，包括如下步骤：在含有抗生素抗性基因的废水中投加高铁酸盐和亚硫酸钠，立即快速搅拌，然后再慢速搅拌，经静置沉降后分离出的上清液即为净化后的水体。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述高铁酸盐为高铁酸钾和高铁酸钠中的任意一种或两种的组合。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述高铁酸盐在废水中的投加量以Fe计，亚硫酸钠在废水中的投加量以S计，Fe和S的摩尔比为1:2～1:4。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述快速搅拌的速度为600-800rpm，快速搅拌的时间为1-2min。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述慢速搅拌的速度为50-100rpm，慢速搅拌的时间为15-30min。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述静置沉降的时间为30min。

进一步的，上述的一种基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法，所述抗生素抗性基因包括环丙沙星类抗性基因以及整合子intI1。

本发明的有益效果为：

1、高铁酸盐与亚硫酸钠耦合体系中Fe(VI)、SO

2、高铁酸盐原位产生的含铁氧化物、氢氧化物作为混凝剂，能进一步去除抗生素抗性基因以及整合子intI1。

3、本发明方法具有操作方便、简单易行、经济成本较低的优点，处理废水过程中不产生其他任何具有污染性的物质，更加健康环保无污染，是一种绿色环保的治理方法。

4、本发明提供的基于高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系去除废水中抗生素抗性基因的方法对于抗性基因的去除率高达85.12％-95.04％。

附图说明

图1为实施例1中K

图2为实施例1中K

图3为实施例1中K

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

本实施例1是以实验室运行的序批式活性污泥反应器(SBR)中出水来模拟实际污水处理厂中废水，具体包括以下步骤：

1)实验室运行SBR中抗生素抗性基因的培养阶段：

向SBR中加入环丙沙星抗生素，用于培养SBR出水中ARGs。SBR进水配方如表1所示，活性污泥取自沈阳市某污水处理厂曝气池。

表1SBR进水配方

2)实验室运行SBR中抗生素抗性基因的启动阶段：

将1.5L活性污泥和2.5L配水混匀后加入SBR，SBR周期设置为6h，其中进水0.05h、好氧3.6h、缺氧1.8h、沉淀0.5h、排水0.05h，一天运行四个周期。定期监测混合液中ARGs浓度。

3)反应阶段：

实验装置为一系列1L烧杯，每个烧杯含100mL取自序批式活性污泥反应器经沉淀后的上清液，然后分别按10mg Fe/L将K

取上述步骤处理的水样，用0.22μm的水系滤膜收集加药处理后的上清液，目的是截留上清液中细菌和DNA；同时用0.22μm的水系滤膜收集加药处理后沉淀物，目的是截留沉淀物中细菌和DNA。过滤后的滤膜用于DNA提取，反应样品一式三份。

提取到的DNA采用定量PCR方法检测目标基因丰度。所检测的ARGs及定量PCR所使用的引物如表2所示。

表2ARGs分类及定量PCR引物

不同处理条件下(K

高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系反应方程式如下：

Fe(VI)+ SO

SO

SO

SO

Fe(VI)+H

通常而言，高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系不仅利用Fe(VI)的氧化作用去除ARGs，同时反应生成的硫酸根(SO

K

图2为废水中目标基因在高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系下的去除情况。废水经过高铁酸盐和亚硫酸钠混合处理后，ARGs丰度均有显著降低。在本实施例10mg Fe/L和11.4mgS/L的投加量下，对抗性基因gyrA的去除率在四种目标基因中最高，为95.04％，抗性基因qnrS去除率最低，为88.87％。intI1基因丰度也明显下降，去除率为85.12％。

各类目标ARGs在高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系下丰度的降低说明ARGs在废水中去除并不仅仅是物理去除，高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系能破坏ARGs本身，从而降低其处理后的副产物对环境的风险。

图3为K

高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系中的活性自由基主要是与体系中的目标污染物ARGs发生反应，所加入的EtOH和TBA主要是与体系中的ARGs竞争反应，消耗体系中的活性自由基。实验结果如图3所示，EtOH和TBA的加入不同程度的抑制了K

以上现象都体现了高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系能显著去除污水处理厂二级出水中的ARGs，当高铁酸盐和亚硫酸钠投加量按摩尔比为Fe:S＝1:2时，对环丙沙星类抗生素产生的相关抗性基因以及intI1的去除率可达到85.12％-95.04％。高铁酸盐和亚硫酸钠耦合体系除了可以通过生成了多个反应性自由基(即SO

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。