畜禽養殖污水處理工藝

畜禽養殖污水處理工藝

1 引言

　　畜禽養殖業是我國農業的支柱產業，在維持畜產品穩定供給、提高人民生活水平方面發揮著重要作用.隨著畜禽養殖業的集約化、規模化發展，為提高動物生產性能、防治疾病，養殖過程添加了一定量的重金屬與抗生素.據統計2006年我國獸用抗生素消耗9.7萬噸，占全國抗生素總用量的54%.而不被機體吸收、降解的抗生素排放到環境中，據Zhou等估算我國每年生豬和奶牛養殖場抗生素排放量分別為3080和164 t.而養殖業每年重金屬排放銅、鋅分別為2397.23 t、4756.94 t.畜禽養殖糞污表現出重金屬與抗生素復合污染特征和研究發現畜禽養殖過程抗生素和重金屬使用與養殖場及其周邊環境抗性基因豐度的提高呈正相關關系.畜禽養殖糞便、污水成為抗性基因的重要蓄積庫.抗性基因作為一種新型污染物，可能對公共健康、食品和飲用水安全構成威脅.胡永飛等對162個健康人腸道微生物宏基因組(Metagenome)中的耐藥基因進行了深入分析，發現四環素抗性基因的豐度zui高，而人類腸道四環素抗性基因極有可能來自于獸用抗生素的使用以及抗性基因沿食物鏈的傳播.

　　2014年衛生組織發布的《抗生素耐藥報告》明確指出抗生素抗性是21世紀公共衛生的嚴峻挑戰，針對動物生產應監督和促進畜禽業的合理用藥，并強調了食用動物攜帶的抗生素抗性及其在食物鏈上的傳播方面數據的缺乏，應加強此方面的研究.我國和主要發達國家推行畜禽養殖廢水的生物處理、農田利用等工藝模式，然而畜禽養殖廢水攜帶的抗性基因在此過程的轉歸，以及抗性基因是否存在沿食物鏈的傳播風險，亟需開展相關研究.

　　因此，本研究通過查閱國內外文獻，總結歸納了畜禽養殖含有的抗生素抗性基因在生物處理、農田利用過程的變化規律，并對今后的研究重點和方向提出建議和展望，以期為揭示抗性基因消減規律，降低畜禽養殖廢水抗性基因傳播風險提供借鑒.

　2 畜禽養殖廢水中抗生素抗性基因分布

　　抗性基因根據其抗性機制不同分為3類，分別為降低細胞內抗生素濃度(包括降低細胞通透性或外排)、靶向改變(包括靶向保護或靶向突變)以及抗生素失活.畜禽養殖業抗生素的大量使用引起養殖環境抗性基因豐度的提高，抗性基因與抗生素之間存在相關關系.檢測了我國3個省36份豬場環境樣品(包括糞便、堆肥、土壤)中的149種抗性基因，結果表明檢出的抗性基因對應的抗生素分別為大環內脂林可霉素鏈陽殺菌素B(macrolidelincosamidestreptogramin B，MLSB)、β內酰胺類、四環素類、喹諾酮氯霉素胺酰醇類、萬古霉素等，按抗性機制分類抗生素失活檢出率zui高，其后依次為外排和細胞保護機制;而抗性基因豐度與轉座酶基因豐度、銅、土霉素含量具有正相關關系.較高的抗性基因豐度可能由于在抗生素的選擇壓力下抗性基因宿主細菌的增殖，以及某些抗性基因通過移動基因元件( genetic elements)發生基因水平轉移(Horizontal gene transfer).

　　在畜禽養殖廢水方面，四環素類、磺胺類、大環內脂類抗生素的抗性基因研究較多，按抗性機制分類，畜禽養殖廢水中抗性基因分布特征詳見表 1.)測試了豬場廢水中不同機制的四環素抗性基因，發現核糖體保護(靶向保護)抗性基因(tetQ、tetM、tetW、tetO)比外排泵機制抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL)、酶修飾(抗生素失活機制)抗性基因(tetX)豐度高，其在豬場廢水中豐度分別為9.25×10-2、5.53×10-2、1.69×10-2和1.32×10-2 copies/16S rRNA.而和)研究也表明tetQ、tetM、tetW、tetO在豬場廢水中具有較高的豐度.)研究了豬糞水厭氧發酵土壤生態系統中3種核糖體保護機制的四環素類抗性基因豐度tetQ>tetO>tetW，其中tetQ平均豐度zui高1.84×10-1 copies/16S rRNA.)調查了上海地區豬場和牛場廢水中磺胺類和四環素類抗性基因，含量zui高的分別為sulA(108~1010 copies · mL-1)和tetW(106~107 copies · mL-1)，而sulIII含量與磺胺類抗生素濃度的相關性較好，這可能與磺胺類抗生素易生物降解性有關;tetM含量與四環素類抗生素濃度相關性較弱.)也指出TC與tet無顯著相關性.除四環素類與磺胺類抗生素之外，泰樂菌素是應用zui廣泛的獸用抗生素之一，可能引起大環內脂類抗性基因以及MLSB的多重抗性基因豐度的提高.)對3家豬場大環內脂抗性基因erm進行了定量檢測，廢水中ermB、ermF含量較高(在108~1010 copies · mL-1之間)，而ermX在104~106 copies · mL-1范圍.通過寡聚糖雜交探針測試方法，發現豬糞水和氧化塘廢水中50%的rRNA攜帶MLSB多重抗性基因.