污水處理廠消毒技術(shù)對抗生素抗性菌的去除效果分析

牛麗春

（山西國控環(huán)球工程有限公司,山西 太原 030024）

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的推動下,我國的抗生素產(chǎn)量也在不斷提高。按照我國食品藥品監(jiān)督管理局以及化學(xué)工業(yè)協(xié)會的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),我國每年抗生素生產(chǎn)總量已經(jīng)超過20萬t,而且仍在逐年增長。隨著我國大量生產(chǎn)和應(yīng)用抗生素,導(dǎo)致自然環(huán)境中產(chǎn)生了許多抗生素抗性菌（ARB）以及抗性基因（ARG）,在許多城市地區(qū)的污水處理廠中,污水處理系統(tǒng)中儲存了大量的ARB以及APG。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn),污水處理廠采用的二級水處理技術(shù),并無法有效地減少污水中ARB的含量,污水中的ARB含量仍然達(dá)到5.0×102CFU/100mL～6.1×105CFU/100mL,大量的ARB將會對水體環(huán)境造成極大的污染。因此,污水處理廠必須加強(qiáng)應(yīng)用消毒技術(shù),才能有效地去除抗生素中的抗性菌,避免污染與危害環(huán)境,促進(jìn)社會環(huán)境和諧可持續(xù)發(fā)展。

1 消毒處理技術(shù)的概述

在當(dāng)前的污水處理工藝中,應(yīng)用比較普遍的就是消毒處理技術(shù),其對于改善水體環(huán)境起到重要作用。2003年,我國的環(huán)境保護(hù)總局正式提出“城鎮(zhèn)地區(qū)的污水處理廠必須加強(qiáng)應(yīng)用氯、紫外線或臭氧等多種消毒方式來處理污水,以此來除去城鎮(zhèn)污水處理廠出水中含有的大腸桿菌,必須保證其中的大腸桿菌含量低于103L”。目前,在我國污水處理廠的污水消毒工序中,主要應(yīng)用臭氧消毒、紫外消毒以及氯消毒等多種方式［1］。

學(xué)者Guo的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在污水處理廠消毒處理作業(yè)中,應(yīng)用5.0mJ/cm2的紫外劑量,能夠使污水中紅霉素抗性菌的去除率達(dá)到1.4log,而四環(huán)素抗性菌的去除率為1.1log。國外學(xué)者Oh研究分別運(yùn)用不同的消毒技術(shù)來處理污水中含有的ARB以及ARG。結(jié)果表明,如果運(yùn)用的氯酸鈉質(zhì)量濃度達(dá)到30.0mg/L時,那么能夠使ARB與ARG的去除率分別達(dá)到90%以上；如果使用的臭氧質(zhì)量濃度達(dá)到3.0mg/L,同樣能夠使ARB與ARG的去除率分別達(dá)到90%以上,而且運(yùn)用臭氧消毒時,在污水消毒過程中適當(dāng)添加雙氧水,可以有效提高ARB的去除率［2］。Zhang的研究證實(shí),在運(yùn)用500.0mJ/cm2的紫外消毒、62.0mJ/cm2的紫外、40.0mg/L的氯消毒以及50.0mg/L的耦合次氯酸鈉進(jìn)行消毒時,抗生素抗性菌的去除率可達(dá)到1.2log、1.9log、2.3log以及3.5log。然而,學(xué)者 Munir的研究表明,在污水處理消毒中,應(yīng)用氯消毒以及紫外消毒,并不能有效地去除ARB抗性菌。所以,高排放標(biāo)準(zhǔn)的污水處理廠需要結(jié)合實(shí)際情況選用合適的消毒技術(shù)。

2 實(shí)驗過程

2.1 選擇目標(biāo)污水處理廠

通過實(shí)際調(diào)查走訪最終選擇本市某污水處理廠來展開實(shí)際驗證與研究。該污水處理廠使用的傳統(tǒng)污水處理方法為序批式活性污泥工藝（SBR）,在該污水處理廠的出水滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918－2002）標(biāo)準(zhǔn)之后,需要應(yīng)用紫外消毒技術(shù)來進(jìn)行消毒處理。如果污水的水量為11.0×104m3/d,那么需要應(yīng)用30.0mJ/cm2的紫外消毒劑量,其中,消毒強(qiáng)度為3mW/cm2,消毒時間為10s,才能達(dá)到良好的消毒效果。

2.2 采集污水樣品

在采集污水樣品時,采樣點(diǎn)選擇在污水處理廠采用SBR工藝的濾布濾池出水的位置以及紫外消毒的出水位置,只有在這兩個位置采集污水樣品,才能獲得合適的污水樣品。樣品采集之后,將其置于5L無菌采樣瓶進(jìn)行儲存,并于4℃環(huán)境中保存,而且要在48h之內(nèi)對樣品進(jìn)行稀釋接種培養(yǎng),才能達(dá)到良好的效果。

2.3 選擇實(shí)驗裝置

為了充分了解污水處理廠消毒技術(shù)對抗生素抗性菌的去除效果,筆者選擇應(yīng)用靜態(tài)模擬實(shí)驗的方法,在實(shí)驗中分別運(yùn)用臭氧消毒、紫外消毒、次氯酸鈉消毒以及紫外耦合次氯酸鈉消毒的方式。首先,在臭氧消毒的過程中,需要應(yīng)用臭氧發(fā)生器（COMAD－01）合理配置臭氧濃度,消毒時間控制在10min左右。其次,在紫外消毒過程中,需要應(yīng)用紫外燈管（YUVC－30W）來發(fā)射紫外光,在控制紫外強(qiáng)度時,需要應(yīng)用紫外輻射計（UV－B）來進(jìn)行合理的測定,并且在磁力攪拌器上進(jìn)行攪拌。再次,在次氯酸鈉消毒過程中,需要應(yīng)用六聯(lián)攪拌器（MY3000－6A）來進(jìn)行消毒操作,消毒時間控制在30min左右。最后,在運(yùn)用紫外耦合次氯酸鈉進(jìn)行消毒時,需要將消毒時間控制在30min左右,應(yīng)用的紫外消毒劑量需要控制在30mJ/cm。

2.4 對抗生素抗性菌進(jìn)行檢測實(shí)驗

在對該污水處理廠的污水處理之后,主要對污水中含有的ARB進(jìn)行檢測實(shí)驗,通過運(yùn)用異養(yǎng)菌平板的方式來對ARB進(jìn)行檢測,充分反映出HPC中ARB的準(zhǔn)確含量,這樣能夠更好地分析消毒工作完成前后,在污水處理廠出水中總異養(yǎng)菌數(shù)量。

首先,對抗生素溶液進(jìn)行配置,在配置溶液時,需要參考《臨床和實(shí)驗室標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會》的文件規(guī)定。提前將部分母液配置出來,母液主要為濃度比較高的抗生素,母液中含有的氨芐霉素（10g/L）、四環(huán)素（1g/L）、卡那霉素（10g/L）以及環(huán)丙沙星（1g/L）等溶液,都屬于超純水,在過濾這些超純水時,需要合理利用0.45μm水相濾頭設(shè)備。其中,使用的紅霉素（10g/L）溶劑主要為甲醇,同樣需要利用0.45μm有機(jī)相濾頭設(shè)備來進(jìn)行過濾?？股厝芤和瓿蛇^濾操作之后,封存在－20℃的冰箱環(huán)境里,嚴(yán)格控制封存時間,封存時間一般為7d左右。在具體的應(yīng)用過程中,必須結(jié)合實(shí)際情況,參照抗生素濃度、體積,來選擇適量的母液稀釋抗生素。

其次,在制作和準(zhǔn)備抗生素培養(yǎng)基時,需要提前制備完成培養(yǎng)基R2Aagar,其中,配制質(zhì)量濃度需要控制在18.1g/L,培養(yǎng)基在利用蒸餾水進(jìn)行配制完成之后,需要在120℃的高溫高壓環(huán)境下進(jìn)行滅菌消毒,消毒時間控制為20min,最后,在溫度冷卻到70℃時最優(yōu),才能夠添加適量的抗生素母液,抗生素母液和培養(yǎng)基混合均勻后,將配制的溶液倒在平板中,這樣才能夠在后續(xù)操作中應(yīng)用。

最后,檢測ARB。首先,主要利用磷酸鹽緩沖液來稀釋待測水樣,然后,將50μL待測水樣接種在抗生素的R2A瓊脂模板中,并且利用細(xì)菌活菌平板計數(shù)的方式來進(jìn)行詳細(xì)計數(shù)。在對HPC進(jìn)行檢測時,也可以應(yīng)用無抗生素平板來進(jìn)行計數(shù)。在對污水中的COD進(jìn)行檢測時,可以應(yīng)用重鉻酸鉀快速烘箱法,對于NH＋4－N以及TN的檢測,可以分別應(yīng)用納氏試劑分光光度法和堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法,都能夠獲得準(zhǔn)確的檢測結(jié)果。

3 結(jié)論

筆者通過對污水處理廠消毒技術(shù)去除抗生素抗性菌的過程進(jìn)行深入研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)用消毒技術(shù)去除抗生素抗性菌,其效果良好。

第一,運(yùn)用紫外消毒處理技術(shù)對抗生素抗性菌進(jìn)行處理,其中,HPC以及ARB的去除率分別達(dá)到52.1%與18.1%～39.8%,ARB能夠達(dá)到非常顯著的去除效果。

第二,運(yùn)用不同的消毒技術(shù)分別能夠達(dá)到不同的去除效果。而且在消毒劑量逐漸增多時,污水中的抗生素抗性菌也會出現(xiàn)各種變化。增加臭氧濃度,能夠提高ERY的去除率；增加紫外劑量,可以增加ARB去除率；增加次氯酸鈉濃度,也能夠增加ARB去除率。

因此,污水處理廠在運(yùn)用消毒技術(shù)去除抗生素抗性菌時,需要充分結(jié)合實(shí)際情況,選擇應(yīng)用合適的消毒技術(shù),嚴(yán)格控制劑量,才能達(dá)到良好的去除效果。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉亞蘭,李冰,邱勇,等.無錫市污水處理廠抗生素抗性菌分布與去除特性研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2017,37（6）：2114－2121.

［2］ 金明蘭,劉凱,徐瑩瑩,等.污水處理廠中磺胺類抗生素、抗性菌、抗性基因的特性［J］.環(huán)境工程,2015,33（11）：1－4.