污泥芬顿调理及污泥堆肥产物土地利用过程中的抗生素抗性基因控制研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:milo999
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着经济水平的快速发展,我国城市生活污水处理厂剩余活性污泥的产生量也日益增加。高含水率和富集的大量环境污染物成为污泥资源化利用的两大制约因素,因此同步去除污泥中水分及部分污染物成为污泥资源化研究重要的目标之一。抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)作为新兴的环境污染物已被联合国列为六大环境问题之一。污泥作为ARGs的重要储存地,在资源化利用过程中存在着较高的抗生素抗性传播和扩散风险。因此,无论在污泥的前端调理还是后端土地利用过程,ARGs的削减和控制至关重要。污泥调理是提高污泥脱水性能必不可少的环节,同时近期研究也表明部分污泥调理方式可以在提高污泥脱水性能的同时有效去除污泥中ARGs。一方面,已有研究表明污泥芬顿调理能够有效提高污泥脱水性能,然而目前仍不清楚污泥芬顿调理是否能够在提高污泥脱水性能的同时去除污泥中ARGs。另一方面,前期研究已表明生物沥浸和Fe[Ⅲ]/CaO调理对污泥中ARGs有较强的削减能力,而传统的聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)絮凝剂调理则不能有效降低污泥中ARGs的含量,然而对于这三种调理污泥堆肥产物的土地利用对于土壤中ARGs的影响尚不清楚。因此,深入研究污泥中ARGs在芬顿调理及不同调理污泥堆肥产物土地利用过程中的控制对于有效降低污泥中的抗生素抗性在环境中的扩散传播有重要的意义。本文以剩余活性污泥为研究对象,(1)在研究污泥预酸化影响芬顿调理提高污泥脱水性能的基础上,进一步探究污泥预酸化对于芬顿调理同步提高污泥脱水性能和去除污泥中ARGs的关键作用,并分析污泥脱水性能提高和ARGs去除同步实现的机制;(2)比较PAM调理、生物沥浸调理和Fe[Ⅲ]/CaO调理后的污泥堆肥产物在模拟土地利用(土壤培养实验)过程中ARGs的总量变化差异以及不同子类ARGs的衰减差异;(3)从微生物群落变化的水平揭示土壤中ARGs变化差异的原因,分析ARGs潜在宿主微生物的变化以及驱动ARGs变化的影响因素。研究发现:(1)污泥预酸化对于芬顿调理提高污泥脱水性能的影响有限。采用芬顿试剂调理原始污泥可有效提高污泥的脱水程度和脱水速率,泥饼含水率从87.41%降至73.32%,污泥毛细吸水时间(Capillary Suction Time,CST)和比阻(Sludge Resistance to Filtration,SRF)可分别降低85.02%和92.17%。但预酸化环节可进一步降低芬顿试剂的投加量。(2)污泥预酸化是芬顿调理同步提高污泥脱水性能和去除污泥中ARGs的关键。污泥预酸化结合芬顿调理对污泥中总ARGs、脱水泥饼和脱水滤液中的ARGs都起到了较好的削减效果(总ARGs:2.10个数量级;脱水泥饼ARGs:1.44个数量级;脱水滤液ARGs:1.51个数量级)。然而,脱水滤液中tet34,tet32(四环素类)和intI1(一类整合子)的相对丰度出现了反弹,存在着四环素抗性基因转移的风险。污泥微生物细胞的凋亡是预酸化结合芬顿调理协同提高污泥脱水性能和去除污泥ARGs的重要原因。(3)生物沥浸调理和Fe[Ⅲ]/CaO调理虽然均能够有效削减污泥中的ARGs,然而两者堆肥后的产物在土地利用过程ARGs的变化却显示出了差异。其中,生物沥浸调理污泥堆肥产物在红壤中培养170天后,样品的ARGs丰度接近空白土壤水平(仅相差1.53倍)。而Fe[Ⅲ]/CaO调理污泥堆肥产物在红壤中培养后ARGs丰度是空白土壤的4.79倍。堆肥样品中5种主要的ARGs(aac(6’)-Ⅱ,floR,mexF,Sul2和tetG-01)在生物沥浸调理污泥堆肥产物土地利用过程的衰减作用总体最强。(4)生物沥浸调理污泥堆肥产物土地利用后土壤微生物的种类和丰富度小于其他污泥堆肥产物。Fe[Ⅲ]/CaO调理污泥堆肥产物在土地利用过程中ARGs潜在宿主丰度最高,ARGs传播和扩散的风险最高。pH、WSOC、WSON等物化指标以及可移动遗传元件的变化与部分ARGs潜在宿主的变化相关性高,Planctomy cetes、Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes四种潜在宿主微生物导致的抗生素抗性转移风险最高。以上结果表明,污泥预酸化结合芬顿调理能够同步提高污泥脱水性能和去除污泥ARGs,在污泥调理环节成功实现ARGs的削减。不同调理污泥堆肥产物土地利用的结果表明,生物沥浸调理在有效削减污泥ARGs的基础上能够有效降低其堆肥产物土地利用过程中的抗生素抗性传播风险,显著优于Fe[Ⅲ]/CaO调理和PAM调理。以上研究表明污泥调理对于控制污泥中ARGs的环境传播有重要作用,也为污泥资源化利用过程中抗生素抗性的环境风险控制提供了全新的思路。
其他文献
目的基于SIRT1-FoxO1信号通路,探讨运脾和络方改善T2DMZDF大鼠骨骼肌脂肪异位沉积的作用机制。方法动物实验:制备T2DM ZDF大鼠模型分为模型组与运脾和络组,ZL大鼠为正常组;取血清,全自动生化分析仪检测干预前与干预后FBG及干预后TG、TC、HDL-C、LDL-C水平;酶联免疫吸附试验(ELISA)方法检测干预前后FINS水平并计算HOMA-IR值;取臀中肌,酶法检测FFA、TC、
学位
目的观察电针“腰肌穴”为主的治疗对非特异性腰痛临床疗效的影响。方法采用随机对照盲法的试验设计方法,选择符合纳入标准的非特异性腰痛患者90例,随机分成腰肌穴(试验)组和传统取穴(对照)组,每组各45例。对照组选取大肠俞(双)、肾俞(双)、委中(双)。试验组选取腰肌穴(双)、大肠俞(双)、肾俞(双)、委中(双)。两组常规进针得气后,均行捻转平补平泻之法1分钟并留针。两组留针后连接电针(连续波,2Hz)
学位
砷(As)是一种具有高毒性和强致癌的类金属元素,因其对人类健康和生态安全构成巨大威胁而引起了广泛关注。水稻是我国主要的粮食作物之一,稻米中砷含量超标严重危害人类健康。如何降低As的生物有效性,缓解水稻土 As污染,从而减少水稻As积累是当前研究的热点。施氏矿物(Schwertmannite,简称Sch)表面存在大量的羟基、硫酸根等基团,且比表面积大,对砷表现出极强亲和力,然而对于是否能够通过向砷污
学位
多倍体植物在自然界中广泛存在。在植物进化的过程中,多倍化是推动植物进化的力量,也是生成新物种的途径。在农业生产中人工诱变成为获取多倍体植株的常用方法。为了得到同源四倍体‘五月慢,植株,以二倍体‘五月慢’为试验材料,用浓度为0.2%的秋水仙素溶液6次处理植株子叶期的茎尖生长点,进行诱导。在植株生长的各个阶段,采用形态学、细胞学等多种方法鉴定同源四倍体‘五月慢’,得到四倍体‘五月慢’植株后,测定并比较
学位
水稻是世界上最重要的粮食作物,随着全球人口的增长,水稻的需求量日益增加,因此其生产安全是极其重要的全球性问题。稻瘟病菌引起的稻瘟病是水稻上最具毁灭性的病害之一,威胁着全球水稻的生产安全。真核细胞蛋白质的外泌过程起始于内质网,经高尔基体加工,最终运输至质膜,将货物蛋白分泌到细胞外。外泌过程涉及到一系列囊泡的转运融合,其中COPⅡ包被囊泡在外泌中具有重要作用。酵母中辅助因子Swa2蛋白作为网格蛋白包被
学位
几何造型主要研究在计算机环境下几何模型的表示与设计,其是计算机辅助设计、工程和制造领域中重要的基础研究方向。当前工业制造中几何模型表示的标准是非均匀有理B样条(NURBS)。然而,由于张量积拓扑结构,NURBS在表示复杂几何模型时具有难以克服的局限性。T样条是一种新型兼容NURBS的自由曲面造型表示技术。由于克服了NURBS的多个重要的局限,T样条自提出后引起了学术界和工业界的极大关注。为了使国内
期刊
环境中砷污染普遍存在,多个国家和地区存在水体或土壤砷超标问题,长期接触或暴露在含砷超标环境中会对人体健康造成严重威胁。铁基材料由于价廉易制、表面位点多、对砷亲和力高等优点常用于砷污染修复。施氏矿物是自然存在于酸性矿山废水中的一种铁基材料,对As具有很强的吸附能力。因此,本文主要对比了施氏矿物和其他铁基材料对水溶液中As(Ⅲ)的吸附能力,并通过对双氧水或嗜酸性氧化亚铁硫杆菌氧化Fe2+合成施氏矿物过
学位
谷物品质的快速无损检测能够为谷物流通环节中的品质信息获取提供可靠的技术支持,有利于发挥谷物的经济价值。本论文在比较国内外多种谷物品质现代无损检测技术的研究基础上,采用了适用于谷物内部品质检测的近红外分析方法,分析了近红外设备的工作原理,确定了研究内容及技术路线,设计了便携式设备的光学系统及控制系统,通过了设备性能测试及定标评价试验,研制了一套便携式近红外谷物品质检测设备。研究成果为谷物品质信息快速
学位
随着抗生素在我国畜禽养殖行业的普遍使用,使得水环境中残存抗生素含量日益增加,其对人类健康和生态系统构成巨大的威胁。抗生素废水是近年来新兴的一类污染物,其具有成分复杂、难降解等特性。因此,需要寻求一种高效、低成本去除抗生素的处理技术。高级氧化技术中Fenton氧化技术因其操作方便、效率高以及环境友好等优势广泛应用于抗生素的去除。为了改善传统Fenton氧化技术存在的不足,类Fenton氧化技术相继被
学位
现阶段我国养殖业的植物蛋白原料短缺,且豆粕价格居高不下,因此开发新型植物蛋白原料势在必行。文冠果(Xanthoceras sorifolia Bunge)是我国特有的木本油料树种之一,在我国多地区均有栽培。文冠果种仁经榨油处理后的粕,其蛋白含量与豆粕相当,且同样含有18种氨基酸。但目前鲜有文冠果粕应用于动物生产的报道。鉴于此,本文以文冠果粕替代饲粮豆粕,研究文冠果粕对爱拔益加(AA)肉鸡生产性能和
学位