污水中抗生素抗性基因的深度净化技术研究

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抗生素抗性基因(Antibtiotics Resistance Genes,ARGs)是一种新型污染物,城市污水处理厂作为ARGs的重要储存场所,其出水也是ARGs排入水环境中的重要污染源,控制污水处理厂出水中ARGs对减少环境中ARGs污染,降低ARGs的生态风险具有重要意义。本文研究了多种深度处理工艺(消毒、高级氧化Advanced Oxidation Process,即AOPs、混凝)去除污水处理厂二级出水中ARGs(tetX、tetG、sull)和I型整合子(intll)的可能性,同时研究了Fenton、混凝法对格栅出水中ARGs和intll的去除情况,以筛选出合适的工艺以净化污水中的ARGs.主要研究结论如下:1、采用氯化、紫外(uV)、臭氧三种常用消毒工艺处理污水处理厂二级出水中的ARGs发现,氯化消毒对ARGs去除最为有效,游离氯(Free Cholride,FC)捞口160mg/L,反应180 min时,可去除3.16~4.46 log ARGs及2.98 log intll; UV辐照12,477 mJ/cm2时,可去除2.48~3.04 log ARGs、2.61 log intll;臭氧耗量177.6 mg/L,可去除1.83-3.00log ARGs,1.68 log intI1。此外,采用先UV辐照、后氯化消毒的联合技术可以产生协同作用,在常规剂量的UV辐照(62、125mJ/cm2)后、投加有效氯(5-40 mg/L)进行进一步消毒可较为有效的增加对目标基因的去除率,ARGs、intll、的去除可分别增加0.03~0.79 log、0.15~1.30 log。2、考察了AOPs (Fenton法、UV/H2O2)对污水处理厂二级出水中ARGs的去除效果,结果表明Fenton法的处理效果略优于UV/H2O2法。Fenton法在pH为3.0、H202浓度为0.01 M、Fe2+/H2O2摩尔比为1/10、反应时间2h条件下可去除二级出水中的ARGs 2.58~3.78 log、intll 3.66 log; UV/H2O2在UV光照30 min、H2O2浓度为0.01M、pH=3.5条件下,可去除二级出水中的ARGs 2.83~3.47 log、intll 2.98 log。此外,相对于二级出水,Fenton法对格栅出水中的AARGs可以得到更好的去除效果。3、研究了常用混凝剂—聚合氯化铝(PACl)和聚合硫酸铁(PFS)投加量、pH值对城市污水处理厂格栅出水及二级出水中ARGs和intll的去除效果。结果表明:随着PACl和PFS投加量的增加,污水中目标基因的去除率先升高后降低;对于格栅出水,PACl(以A1计)和PFS(以Fe计)的最佳投加量分别为60 mg/L和74 mg/L,基因的去除率分别达到2.33-2.97 log和0.98-2.11 log;对于二级出水,PACl和PFS的最佳投加量分别为30 mg/L和28 mg/L,基因的去除率分别为1.85~2.64 log、1.81~2.46 log。对于pH的影响,在pH 3-10的范围内,PACl对目标基因的去除效果随pH值的增加而降低,PFS对目标基因的去除随着pH值的增加先升高后降低。混凝去除最优pH条件分别为pH=3(投加PACl)及pH=5-6(投加PFS)。PACl的处理效果优于PFS。不同净化工艺对二级出水中ARGs去除排名:氯消毒>Fenton氧化>UV/H2O2氧化>UV消毒>臭氧消毒>PACl混凝>PFS混凝。但值得提出的是,氯化获得较高ARGs去除率时需要较高的消毒剂量,有生成消毒副产物的危险。考虑到降低二次污染、经济及实际可操作性等因素,推荐使用氯化(FC投加40 mg/L;反应120 min)、UV及氯化联用工艺(UV辐照62 mJ/cm2后投加5mg/L FC)用于污水处理厂二级出水中ARGs的去除。
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