催化臭氧化技術(shù)去除典型的抗生素及抗性基因研究.pdf

1、本論文檢測分析了某市內(nèi)某深度處理給水廠中5種典型抗生素紅霉素(ETM)、磺胺甲惡唑(SMX)、磺胺嘧啶(SD)、土霉素(TC)和四環(huán)素(OTC）的含量，并對抗生素在該水廠生產(chǎn)性工藝流程中的沿程變化和去除規(guī)律進行了研究；長期過量的抗生素持續(xù)不斷的排入環(huán)境中，造成很高的抗生素選擇壓力，誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生抗生素抗性基因（ARGs）。大量研究表明ARGs廣泛存在于土壤，地表水甚至是地下水中。為保障飲水安全，研究選用4種常見的抗生素抗性基因sulⅠ、

2、sulⅡ、tetA和tetG為目標(biāo)基因，通過實時熒光定量PCR方法對該水廠基因濃度進行了絕對定量，分析了該水廠中4種抗性基因的分布情況；以磺胺嘧啶為研究對象，考察了不同的催化臭氧氧化技術(shù)對抗生素的去除效果，在此基礎(chǔ)上通過考察磺胺嘧啶在降解過程中的可生物降解性和毒理性的變化對不同的催化臭氧氧化技術(shù)進行評價。
　　研究結(jié)果表明，在三次樣品采集中該水廠進水均含有5種抗生素，其中磺胺甲惡唑的濃度最高為59.40 ng/L，紅霉素的濃度最低

3、為0.87 ng/L；5種抗生素含量沿水廠工藝流程均呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。在水廠出水中抗生素的含量大大降低，有2種抗生素未檢出，其余3種抗生素濃度均在7 ng/L以下。水廠整體工藝對目標(biāo)抗生素具有良好的去除效果，總?cè)コ蔬_89.9％，其中臭氧氧化和生物活性炭處理單元對抗生素的去除效果明顯，總絕對去除率分別為71.2%和13.1%；高密度沉淀單元、砂濾單元和加氯消毒單元對抗生素的去除貢獻不大，總?cè)コ示?%以下。臭氧氧化和生物活性炭單元

4、為水廠的深度處理單元，高密度沉淀、砂濾和加氯消毒單元為水廠的傳統(tǒng)處理單元，由研究結(jié)果可知，相比傳統(tǒng)處理工藝，深度處理工藝對抗生素的去除效果更好。
　　對該水廠進水及各處理單元出水中細(xì)菌進行DNA提取及熒光定量PCR檢測。研究表明，該水廠進水中均含有4種抗生素抗性基因，sulⅠ、sulⅡ、tetA和tetG的濃度分別為2.54×103 copies/ml、1.36×103 copies/ml、1.47×102 copies/ml和0

5、.064×102 copies/ml。4種抗性基因的濃度沿該水廠工藝流程呈現(xiàn)出先降低后升高再降低的趨勢。其中，臭氧氧化單元出水和加氯消毒單元出水中ARGs的含量最低，未檢測出ARGs；生物活性炭單元出水中ARGs的含量升高，4種ARGs的濃度分別為1.12×103 copies/ml、0.18×102 copies/ml、0.05×102 copies/ml和0.14×102 copies/ml。
　　不同的催化臭氧氧化技術(shù)對抗生

6、素的去除作用和礦化程度不同。以磺胺嘧啶為研究對象，比較了單獨O3氧化、O3/H2O2、O3/UV及O3/UV/H2O2對磺胺嘧啶的去除效果。結(jié)果表明，pH在中性條件下，4種氧化技術(shù)對磺胺嘧啶均有良好的去除效果，在臭氧投加量為10mg/L時，O3/UV/H2O2幾乎能夠完全去除磺胺嘧啶，其余三種技術(shù)對磺胺嘧啶的去除率分別為82.5%、91.7%和98.6%；在臭氧投加量為12 mg/L時，O3/UV也能完全去除磺胺嘧啶。因此，O3/UV/

7、H2O2對磺胺嘧啶的去除效果優(yōu)于O3/UV優(yōu)于O3/H2O2優(yōu)于單獨O3氧化。單獨O3氧化對磺胺嘧啶的礦化程度較低，在臭氧投加量為12 mg/L時，TOC的去除率為19.6%，其他三種技術(shù)對TOC的去除率分別為34.60%、46.54%和55.87%。由此可知，催化臭氧化比單獨O3對磺胺嘧啶的礦化程度更高。
　　為了進一步對4種催化臭氧氧化技術(shù)進行分析對比，分別檢測了氧化前后磺胺嘧啶溶液的可生物降解性和生物急性毒性的變化。結(jié)果表明

8、，隨著臭氧投加量的增加，溶液的可生物降解性逐漸增大。不同的催化臭氧氧化技術(shù)對磺胺嘧啶溶液的可生物降解性影響不同，當(dāng)臭氧投加量從0 mg/L增加到12 mg/L時，經(jīng)單獨O3氧化后，溶液中BDOC的含量從0.107 mg/L增加到0.875 mg/L；經(jīng)O3/H2O2、O3/UV和O3/UV/H2O2處理后，溶液中BDOC的濃度分別從0.107 mg/L增加到1.007 mg/L、1.046 mg/L和1.29 mg/L。由結(jié)果可知，催化

9、臭氧氧化技術(shù)氧化磺胺嘧啶后溶液的可生物降解性更強。向氧化前后的磺胺嘧啶溶液中分別加入發(fā)光細(xì)菌菌液，靜置15 min后測定發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強度，從而得出溶液對發(fā)光細(xì)菌的抑制率。氧化前不同濃度的磺胺嘧啶溶液對發(fā)光細(xì)菌的抑制表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，磺胺嘧啶的EC20為562.7 mg/L，EC50為1235.35 mg/L。隨著氧化時間的延長，溶液對發(fā)光細(xì)菌的抑制率逐漸升高，當(dāng)氧化時間延長至140 min時，四種技術(shù)氧化磺胺嘧啶后對發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光