臭氧化过程对污泥和污水中活菌抗性基因的控制研究

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yuanCL19861125
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环境中抗生素抗性基因(Antibiotic resistance genes,ARGs)普遍存在。而抗药基因能在病原菌和环境共生菌之间传播,病原菌一旦携带抗药基因,产生抗药性,就会给抗生素的临床治疗效果造成不利影响。因此,环境中的抗药基因作为一种新型污染物,受到了广泛的关注。以往的研究往往关注环境样品中总抗性基因的控制,然而,可能更具有健康风险的活细菌中抗药基因的研究还非常有限。臭氧氧化技术能够去除嗅味和色度、氧化分解水中的有毒有害的有机物,并且具有广谱灭菌消毒能力。因此臭氧被广泛的用于饮用水和废水的处理中。然而至今为止,关于臭氧氧化对污泥和污水中活菌的杀菌能力、抗性基因的消减能力及种群的影响等未见系统报道。  本文系统的研究了不同臭氧消耗量对污泥、污水中活菌的杀灭情况、总菌和活菌中抗性基因的消减能力及对微生物种群变化的影响,并将等离子体技术与臭氧技术进行了能耗及去除活菌抗性基因等方面的对比,取得以下主要成果:  (1)建立和优化了以ATP(Adenosine triphosphate,ATP)荧光检测和PMA-qPCR相结合的污泥活菌检测方法:2000mg·L-1作为优化方案污泥固体浓度,采用100s作为活性污泥与ATP提取液发生反应所需时间,比较适宜。选取终浓度50μM~70μM的PMA染料对于新鲜活性污泥和热致死污泥都是有明显效果的。  (2)对臭氧污泥减量过程中活菌、ARGs数量变化及种群的演替规律进行了研究:随臭氧消耗量增加,ATP浓度下降;114mg·gTSS-1的臭氧消耗量就足以充分使活性污泥解聚并显著改变污泥的活菌微生物群落组成;活性污泥中的不同活细菌表现出不同的臭氧氧化抗性;臭氧氧化可以有效消减活性污泥中21种抗药基因的绝对丰度。尽管绝对丰度的下降,污泥臭氧氧化处理过程中大量抗药基因的相对丰度逐渐增加,表明臭氧处理后污泥中耐药菌比例增加,具有一定的抗性传播风险。  (3)对抗生素制药废水臭氧化过程中活菌、ARGs数量变化及种群的演替规律进行了研究:随着臭氧消耗量的增加,制药污水pH呈下降趋势,COD浓度基本保持不变,抗生素的浓度明显降低,制药污水中的抗性菌比例先升后降,ATP浓度降低,说明臭氧对活菌、抗生素和抗性菌的消减作用明显,但抗性菌具有一定的臭氧氧化抗性;ARGs的重要水平转移元件Ⅰ型整合子的绝对丰度随着臭氧消耗量增加而降低,但其相对丰度却逐渐上升;总菌和活菌中抗性基因的绝对丰度都得以降低。然而,进一步研究发现总菌中抗性基因相对丰度降低,活菌中的抗性基因相对丰度明显升高,说明携带抗性基因的活抗性菌对臭氧有相对更高的耐受力,与抗性菌比例变化结果相互印证;不同细菌菌属表现出不同的臭氧氧化抗性,与污泥臭氧氧化过程中细菌群落变化的结果相似。Pseudomonas是最主要的细菌菌属,水样中的死菌主要来自Proteobacteria和Bacteroidetes菌门。  (4)对二沉池出水臭氧化实验过程中活菌、ARGs数量变化及种群的演替规律进行了研究:随臭氧消耗量增加,ATP浓度降低;尽管活细菌抗药基因的绝对丰度下降,污水臭氧氧化处理过程中大量抗药基因的相对丰度逐渐增加,表明臭氧处理后污水中活的抗性菌比例增加,具有一定的抗性传播风险。二沉水活菌群落以与氨氮生物转化相关的Nitrospirae为主。  (5)对二沉池出水等离子体处理实验过程中活菌、ARGs数量变化及种群的演替规律进行了研究,并与臭氧氧化进行了对比:在电压20kV,脉冲500pps的条件下,随处理时间的增加,ATP浓度降低;与臭氧实验相同,尽管活细菌ARGs绝对丰度下降,大量抗药基因的相对丰度逐渐增加,表明等离子体处理后污水中活细菌的耐药菌比例增加,具有一定的抗性传播风险。与臭氧相比,等离子体去除相同拷贝数的抗性基因利用的能量更少;对于含有抗性基因的活菌来说,等离子体去除抗性菌的能量强于臭氧技术;活菌主要菌门的变化趋势与臭氧处理结果变化趋势总体一致,表明两种氧化技术具有相似的细胞损伤机制。
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