畜禽養(yǎng)殖污水處理工藝

畜禽養(yǎng)殖污水處理工藝

1 引言

　　畜禽養(yǎng)殖業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，在維持畜產(chǎn)品穩(wěn)定供給、提高人民生活水平方面發(fā)揮著重要作用.隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的集約化、規(guī)模化發(fā)展，為提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、防治疾病，養(yǎng)殖過(guò)程添加了一定量的重金屬與抗生素.據(jù)統(tǒng)計(jì)2006年我國(guó)獸用抗生素消耗9.7萬(wàn)噸，占全國(guó)抗生素總用量的54%.而不被機(jī)體吸收、降解的抗生素排放到環(huán)境中，據(jù)Zhou等估算我國(guó)每年生豬和奶牛養(yǎng)殖場(chǎng)抗生素排放量分別為3080和164 t.而養(yǎng)殖業(yè)每年重金屬排放銅、鋅分別為2397.23 t、4756.94 t.畜禽養(yǎng)殖糞污表現(xiàn)出重金屬與抗生素復(fù)合污染特征和研究發(fā)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖過(guò)程抗生素和重金屬使用與養(yǎng)殖場(chǎng)及其周邊環(huán)境抗性基因豐度的提高呈正相關(guān)關(guān)系.畜禽養(yǎng)殖糞便、污水成為抗性基因的重要蓄積庫(kù).抗性基因作為一種新型污染物，可能對(duì)公共健康、食品和飲用水安全構(gòu)成威脅.胡永飛等對(duì)162個(gè)健康人腸道微生物宏基因組(Metagenome)中的耐藥基因進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素抗性基因的豐度zui高，而人類腸道四環(huán)素抗性基因極有可能來(lái)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(wèi)生組織發(fā)布的《抗生素耐藥報(bào)告》明確指出抗生素抗性是21世紀(jì)公共衛(wèi)生的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，針對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)應(yīng)監(jiān)督和促進(jìn)畜禽業(yè)的合理用藥，并強(qiáng)調(diào)了食用動(dòng)物攜帶的抗生素抗性及其在食物鏈上的傳播方面數(shù)據(jù)的缺乏，應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究.我國(guó)和主要發(fā)達(dá)國(guó)家推行畜禽養(yǎng)殖廢水的生物處理、農(nóng)田利用等工藝模式，然而畜禽養(yǎng)殖廢水?dāng)y帶的抗性基因在此過(guò)程的轉(zhuǎn)歸，以及抗性基因是否存在沿食物鏈的傳播風(fēng)險(xiǎn)，亟需開(kāi)展相關(guān)研究.

　　因此，本研究通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，總結(jié)歸納了畜禽養(yǎng)殖含有的抗生素抗性基因在生物處理、農(nóng)田利用過(guò)程的變化規(guī)律，并對(duì)今后的研究重點(diǎn)和方向提出建議和展望，以期為揭示抗性基因消減規(guī)律，降低畜禽養(yǎng)殖廢水抗性基因傳播風(fēng)險(xiǎn)提供借鑒.

　2 畜禽養(yǎng)殖廢水中抗生素抗性基因分布

　　抗性基因根據(jù)其抗性機(jī)制不同分為3類，分別為降低細(xì)胞內(nèi)抗生素濃度(包括降低細(xì)胞通透性或外排)、靶向改變(包括靶向保護(hù)或靶向突變)以及抗生素失活.畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素的大量使用引起養(yǎng)殖環(huán)境抗性基因豐度的提高，抗性基因與抗生素之間存在相關(guān)關(guān)系.檢測(cè)了我國(guó)3個(gè)省36份豬場(chǎng)環(huán)境樣品(包括糞便、堆肥、土壤)中的149種抗性基因，結(jié)果表明檢出的抗性基因?qū)?yīng)的抗生素分別為大環(huán)內(nèi)脂林可霉素鏈陽(yáng)殺菌素B(macrolidelincosamidestreptogramin B，MLSB)、β內(nèi)酰胺類、四環(huán)素類、喹諾酮氯霉素胺酰醇類、萬(wàn)古霉素等，按抗性機(jī)制分類抗生素失活檢出率zui高，其后依次為外排和細(xì)胞保護(hù)機(jī)制;而抗性基因豐度與轉(zhuǎn)座酶基因豐度、銅、土霉素含量具有正相關(guān)關(guān)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(xì)菌的增殖，以及某些抗性基因通過(guò)移動(dòng)基因元件( genetic elements)發(fā)生基因水平轉(zhuǎn)移(Horizontal gene transfer).

　　在畜禽養(yǎng)殖廢水方面，四環(huán)素類、磺胺類、大環(huán)內(nèi)脂類抗生素的抗性基因研究較多，按抗性機(jī)制分類，畜禽養(yǎng)殖廢水中抗性基因分布特征詳見(jiàn)表 1.)測(cè)試了豬場(chǎng)廢水中不同機(jī)制的四環(huán)素抗性基因，發(fā)現(xiàn)核糖體保護(hù)(靶向保護(hù))抗性基因(tetQ、tetM、tetW、tetO)比外排泵機(jī)制抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL)、酶修飾(抗生素失活機(jī)制)抗性基因(tetX)豐度高，其在豬場(chǎng)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(chǎng)廢水中具有較高的豐度.)研究了豬糞水厭氧發(fā)酵土壤生態(tài)系統(tǒng)中3種核糖體保護(hù)機(jī)制的四環(huán)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(diào)查了上海地區(qū)豬場(chǎng)和牛場(chǎng)廢水中磺胺類和四環(huán)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(guān)性較好，這可能與磺胺類抗生素易生物降解性有關(guān);tetM含量與四環(huán)素類抗生素濃度相關(guān)性較弱.)也指出TC與tet無(wú)顯著相關(guān)性.除四環(huán)素類與磺胺類抗生素之外，泰樂(lè)菌素是應(yīng)用zui廣泛的獸用抗生素之一，可能引起大環(huán)內(nèi)脂類抗性基因以及MLSB的多重抗性基因豐度的提高.)對(duì)3家豬場(chǎng)大環(huán)內(nèi)脂抗性基因erm進(jìn)行了定量檢測(cè)，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(guò)寡聚糖雜交探針測(cè)試方法，發(fā)現(xiàn)豬糞水和氧化塘廢水中50%的rRNA攜帶MLSB多重抗性基因.