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养猪沼液处理中抗生素的影响

文章出处:未知 人气:发表时间:2017-03-13

兽用抗生素有治疗细菌性感染、 促进生长的双重作用,被广泛应用于集约化的畜禽养殖. 我国畜禽养殖中抗生素滥用现象较严重且生物体利用率不高. 据统计,约28%~100%的抗生素母体及其代谢产物随畜禽排泄物进入水体、 沉积物、 土壤等环境介质[1]. 受抗生素持续污染的水体中总抗生素含量处于ng ·L-1乃至μg ·L-1水平,底泥和土壤中总抗生素含量处于μg ·kg-1乃至mg ·kg-1水平[2, 3]. 抗生素在极其微量的剂量下就会危害人体健康、 影响生态安全. 其最大危害是诱导生成耐药细菌株,进而诱导产生可在生物间水平转移扩散的抗性基因(ARGs),从而使人和生物在得病后丧失被抗生素治愈的能力[4]. 此外,环境介质中高浓度的抗生素残留会影响植物生长[1]; 有些抗生素的降解产物和代谢产物还可能比母体具有更大的生物毒性和生物危害性[5].

  我国关于畜禽养殖排泄物的排放标准中,尚没有抗生素的规定. 然而有限的研究已经表明,畜禽养殖排泄物中抗生素含量很高. 卫丹等[6]在养猪沼液中检出了高浓度的四环素类和磺胺类抗生素,指出规模化养猪沼液中抗生素总浓度在10.1~1090 μg ·L-1之间. Luo等[7]研究发现8种兽用抗生素在养猪场和鱼塘的检出浓度在0.12~47 μg ·L-1之间,比当地污水处理厂的检出浓度高1~2个数量级. 集约化养猪业给农村水体带来了严重的抗生素污染. 闾幸等[8]报道养猪密集的乡镇河道中抗生素总浓度在65.6~467.0 ng ·L-1之间,明显高于市区河道. Kim等[9]研究发现四环素类、 磺胺类等兽用抗生素多集中暴露于重要的农业活动区域内. 废水中的抗生素可以通过生物处理技术得到高效去除[10, 11],特别是活性污泥法与膜分离技术相结合的膜生物反应器,对抗生素有良好的去除效果[12, 13].

  在生物处理系统中,吸附和生物降解都可能是废水中抗生素去除的重要途径. 目前关于废水中抗生素生物去除的报道,大多数只关注了水中抗生素的减少,并未对污泥中抗生素的含量进行分析,因此无法从物料平衡的角度解释抗生素的真正去向. 本文在既有研究报道[6, 7, 8]的基础上,针对长三角地区养猪废水和污泥中较常见的11种兽用抗生素,优化了固相萃取与高效液相色谱串联质谱联用的分析条件,SPE阶段使用替代标质控污泥中抗生素的回收率,HPLC-MS/MS分析阶段采用内标法质控复杂基质下微量污染物的检出效果. 使用该分析技术研究了膜生物反应器对抗生素的去除规律,并采用序批式摇瓶实验粗略探讨了污泥中吸附的抗生素对污泥活性的影响.
优化建立了适合同步检测养猪废水和活性污泥中11种兽用抗生素的HPLC-MS/MS技术,采用内标法定量,检出限低、 灵敏度高. 将该方法用于研究MBR对猪场沼液中抗生素的去除,发现MBR对四环素和喹诺酮类抗生素的去除不但依靠生物降解,还很大程度利用了污泥吸附; 而对磺胺类抗生素的去除则基本全部依靠生物降解,污泥吸附贡献不大. 在实验范围内,受到抗生素污染的污泥在去除TOC、 氨氮方面活性似乎没有呈现明显变化.

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