申请日20200703
公开(公告)日20200904
IPC分类号C02F9/08
摘要
本发明涉及一种去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法及专用设备，属于污水处理技术领域。本发明去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法以电化学反应、紫外消毒、超声波处理、H2O2消毒同一时间共同处理，去除污水中的抗生素抗性菌和抗性基因。本发明的专用设备包括设置有进水口和出水口的反应容器;所述反应容器内的下部设置有至少一对阳极电极和阴极电极、和至少一个超声元件;所述反应容器内的上部设置有至少一个紫外光源。使用本发明的方法及专用设备可使得H2O2消毒、电化学处理、紫外消毒、超声处理四者协同增效，运行效率高、成本低，且不产生副产物。
权利要求书
1.一种去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法，其特征在于，以电化学反应、紫外消毒、超声波处理、H2O2消毒同一时间共同处理，去除污水中的抗生素抗性菌和抗性基因。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电化学反应，阳极电极和阴极电极流经的电流密度为10mA/cm2～40mA/cm2。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述紫外消毒的紫外照射剂量为20mJ/cm2～80mJ/cm2。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超声波处理的超声波辐射频率为20kHz～40kHz。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述H2O2消毒为将H2O2添加到待处理污水中，使H2O2在污水中的浓度为10mg/L～40mg/L。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于：所述共同处理的时长为5-20min。
7.一种去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的装置，包括设置有进水口和出水口的反应容器，其特征在于：所述反应容器内的下部设置有至少一对阳极电极和阴极电极、和至少一个超声元件;所述反应容器内的上部设置有至少一个紫外光源。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：所述进水口上设有加料口。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于：所述反应容器内设有搅拌元件。
10.权利要求1-6任一项所述的方法或权利要求7-9任一项所述的装置在污水处理中的应用。
说明书
去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法及专用设备
技术领域
本发明涉及一种去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法及专用设备，属于污水处理技术领域。
背景技术
由于过去几十年抗生素的过量与不合理使用，使得由此引起的抗生素抗性对人类健康与生态安全的威胁正在加剧。研究人员在全球范围内水土气等环境介质中都检测到了较高浓度的抗生素抗性菌和抗性基因。抗性基因能通过水平转移等方式在环境中进行传播扩散，即使抗性菌死亡，释放出的抗性基因片段也会在环境中存在一段时间，并且具有转移给其它致病菌的潜在风险。水环境是细菌的主要栖息地与繁殖介质，在抗生素抗性菌与抗性基因传播方面扮演着重要的角色。抗生素生产厂废水、医院废水和养殖废水是环境中抗生素抗性的主要初始来源，其经过污水处理厂处理后排放到地表水中，或回用进入农田环境中。然而污水处理厂的生物处理过程并不能有效地去除抗生素抗性菌与抗性基因，因此开展污水处理厂出水中抗生素抗性菌和抗性基因的深度去除方法研究是十分必要的。
目前污水处理厂的深度处理工艺多为紫外消毒、氯消毒和臭氧消毒等工艺，这些单一工艺的使用虽然能较为有效的去除抗生素抗性菌，但是对抗性基因的去除率却较低。并且大量研究表明这些消毒处理还会筛选并富集多重抗生素抗性菌，导致消毒出水抗生素抗性水平的增加。电化学处理能产生氧化性较强的羟基自由基，在氯离子存在的条件下还会产生活性氯，因而大大提高了消毒效果。此外，电化学处理无需在废水中添加任何试剂，不会对处理出水造成二次污染。已有研究表明，电化学处理具有较好的有机污染物去除效果和消毒效果，但是其对抗生素抗性菌和抗性基因的去除效果较少被考察。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效的去除抗生素抗性菌，尤其是能够有效去除抗性基因，且不产生副产物、运行成本低的污水处理装置。
为实现上述目的，本发明提供一种去除污水中抗生素抗性菌和抗性基因的方法，采用以下技术方案：以电化学反应、紫外消毒、超声波处理、H2O2消毒同一时间共同处理，去除污水中的抗生素抗性菌和抗性基因。
上述方法中，所述电化学反应，阳极电极和阴极电极流经的电流密度为10mA/cm2～40mA/cm2，优选为20mA/cm2。
上述方法中，所述紫外消毒的紫外照射剂量为20mJ/cm2～80mJ/cm2，优选为20mJ/cm2。
上述方法中，所述超声波处理的超声波辐射频率为20kHz～40kHz，优选为20kHz。
上述方法中，所述H2O2消毒为将H2O2添加到待处理污水中，使H2O2在污水中的浓度为10mg/L～40mg/L，优选为20mg/L。
上述方法中，所述共同处理的时长为1-30min，优选为10min。
本发明还提供用于上述方法的一种污水中抗生素抗性菌和抗性基因去除装置，包括设置有进水口和出水口的反应容器;所述反应容器内的下部设置有至少一对阳极电极和阴极电极、和至少一个超声元件;所述反应容器内的上部设置有至少一个紫外光源。
上述装置中，所述进水口设于反应容器的下部，所述出水口设于反应容器的侧壁上部，进出水以泵驱动。从下面进水，水在容器中的停留时间会较长，可以更加充分地反应。
上述装置中，所述阳极电极、阴极电极，以及超声元件均没入污水中;紫外光源设于污水液面的上方。
上述装置中，所述进水口上设有加料口;所述加料口为T型加料口。
上述装置中，所述反应容器内还设有搅拌元件。
上述装置中，所述搅拌元件设于反应容器内底部。
上述装置中，所述成对阳极电极和阴极电极，每对中的阳极电极和阴极电极尺寸相同，对称放置，阳极电极和阴极电极之间间距为1cm～10cm。
上述装置中，所述超声元件位于阳极电极一侧并浸入到污水中，与阳极电极2相距1cm～3cm。
上述装置中，所述紫外光源可以一根灯管构成，也可以多根灯管平行排列构成。
本发明还包括如下应用：
1、上述污水中抗生素抗性菌和抗性基因去除方法在污水处理中的应用;
2、上述污水中抗生素抗性菌和抗性基因去除装置在污水处理中的应用。
本发明具有以下优点：使用本发明的污水中抗生素抗性菌和抗性基因去除方法及其装置可同时进行H2O2消毒、电化学处理、紫外消毒和超声处理，四者协同运行效率高、成本低，且不产生副产物：紫外消毒处理可以直接作用于细菌DNA，不会对细胞结构造成严重损伤，细胞存在复活的可能性，且细胞外壁的存在会吸收阻挡紫外线，降低紫外消毒的效果。电化学处理产生羟基自由基和自由氯，这两类氧化剂会对菌体结构造成严重损伤，并释放出DNA。电化学处理、紫外消毒具有不同的消毒机理，两者的组合使用产生了协同作用，电化学处理提高了紫外消毒对DNA的破坏效率;在反应体系中加入H2O2，在紫外光的照射下发生光芬顿反应，既充分利用了紫外光，又产生了强氧化性的羟基自由基;超声元件的加入则不仅利用其物理破碎作用去除抗生素抗性基因等污染物质，还可以通过产生的微小空化气泡促进阳极产生的羟基自由基向反应体系中扩散，增加了活性氧自由基的作用范围。本发明H2O2消毒、电化学处理、紫外消毒和超声处理，四者协同处理后可以使二级出水中的抗生素抗性菌和抗性基因几乎完全被去除，极大地降低了污水中抗生素耐药菌向环境中的扩散，减少了其对受纳水体的污染风险，具有很大的应用前景。（发明人李红娜;张治国;朱昌雄;李斌绪;叶婧;耿兵;田云龙;郭萍;李莲芳）
