污水处理厂消毒技术对抗生素抗性菌的去除效果分析

2018-03-29牛丽春

山西化工 2018年1期

牛丽春

（山西国控环球工程有限公司,山西太原 030024）

在科学技术快速发展的推动下,我国的抗生素产量也在不断提高。按照我国食品药品监督管理局以及化学工业协会的调查研究发现,我国每年抗生素生产总量已经超过20万t,而且仍在逐年增长。随着我国大量生产和应用抗生素,导致自然环境中产生了许多抗生素抗性菌（ARB）以及抗性基因（ARG）,在许多城市地区的污水处理厂中,污水处理系统中储存了大量的ARB以及APG。根据研究发现,污水处理厂采用的二级水处理技术,并无法有效地减少污水中ARB的含量,污水中的ARB含量仍然达到5.0×102CFU/100mL～6.1×105CFU/100mL,大量的ARB将会对水体环境造成极大的污染。因此,污水处理厂必须加强应用消毒技术,才能有效地去除抗生素中的抗性菌,避免污染与危害环境,促进社会环境和谐可持续发展。

1 消毒处理技术的概述

在当前的污水处理工艺中,应用比较普遍的就是消毒处理技术,其对于改善水体环境起到重要作用。2003年,我国的环境保护总局正式提出“城镇地区的污水处理厂必须加强应用氯、紫外线或臭氧等多种消毒方式来处理污水,以此来除去城镇污水处理厂出水中含有的大肠杆菌,必须保证其中的大肠杆菌含量低于103L”。目前,在我国污水处理厂的污水消毒工序中,主要应用臭氧消毒、紫外消毒以及氯消毒等多种方式［1］。

学者Guo的研究结果发现,在污水处理厂消毒处理作业中,应用5.0mJ/cm2的紫外剂量,能够使污水中红霉素抗性菌的去除率达到1.4log,而四环素抗性菌的去除率为1.1log。国外学者Oh研究分别运用不同的消毒技术来处理污水中含有的ARB以及ARG。结果表明,如果运用的氯酸钠质量浓度达到30.0mg/L时,那么能够使ARB与ARG的去除率分别达到90%以上；如果使用的臭氧质量浓度达到3.0mg/L,同样能够使ARB与ARG的去除率分别达到90%以上,而且运用臭氧消毒时,在污水消毒过程中适当添加双氧水,可以有效提高ARB的去除率［2］。Zhang的研究证实,在运用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的耦合次氯酸钠进行消毒时,抗生素抗性菌的去除率可达到1.2log、1.9log、2.3log以及3.5log。然而,学者 Munir的研究表明,在污水处理消毒中,应用氯消毒以及紫外消毒,并不能有效地去除ARB抗性菌。所以,高排放标准的污水处理厂需要结合实际情况选用合适的消毒技术。

2 实验过程

2.1 选择目标污水处理厂

通过实际调查走访最终选择本市某污水处理厂来展开实际验证与研究。该污水处理厂使用的传统污水处理方法为序批式活性污泥工艺（SBR）,在该污水处理厂的出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）标准之后,需要应用紫外消毒技术来进行消毒处理。如果污水的水量为11.0×104m3/d,那么需要应用30.0mJ/cm2的紫外消毒剂量,其中,消毒强度为3mW/cm2,消毒时间为10s,才能达到良好的消毒效果。

2.2 采集污水样品

在采集污水样品时,采样点选择在污水处理厂采用SBR工艺的滤布滤池出水的位置以及紫外消毒的出水位置,只有在这两个位置采集污水样品,才能获得合适的污水样品。样品采集之后,将其置于5L无菌采样瓶进行储存,并于4℃环境中保存,而且要在48h之内对样品进行稀释接种培养,才能达到良好的效果。

2.3 选择实验装置

为了充分了解污水处理厂消毒技术对抗生素抗性菌的去除效果,笔者选择应用静态模拟实验的方法,在实验中分别运用臭氧消毒、紫外消毒、次氯酸钠消毒以及紫外耦合次氯酸钠消毒的方式。首先,在臭氧消毒的过程中,需要应用臭氧发生器（COMAD－01）合理配置臭氧浓度,消毒时间控制在10min左右。其次,在紫外消毒过程中,需要应用紫外灯管（YUVC－30W）来发射紫外光,在控制紫外强度时,需要应用紫外辐射计（UV－B）来进行合理的测定,并且在磁力搅拌器上进行搅拌。再次,在次氯酸钠消毒过程中,需要应用六联搅拌器（MY3000－6A）来进行消毒操作,消毒时间控制在30min左右。最后,在运用紫外耦合次氯酸钠进行消毒时,需要将消毒时间控制在30min左右,应用的紫外消毒剂量需要控制在30mJ/cm。

2.4 对抗生素抗性菌进行检测实验

在对该污水处理厂的污水处理之后,主要对污水中含有的ARB进行检测实验,通过运用异养菌平板的方式来对ARB进行检测,充分反映出HPC中ARB的准确含量,这样能够更好地分析消毒工作完成前后,在污水处理厂出水中总异养菌数量。

首先,对抗生素溶液进行配置,在配置溶液时,需要参考《临床和实验室标准协会》的文件规定。提前将部分母液配置出来,母液主要为浓度比较高的抗生素,母液中含有的氨苄霉素（10g/L）、四环素（1g/L）、卡那霉素（10g/L）以及环丙沙星（1g/L）等溶液,都属于超纯水,在过滤这些超纯水时,需要合理利用0.45μm水相滤头设备。其中,使用的红霉素（10g/L）溶剂主要为甲醇,同样需要利用0.45μm有机相滤头设备来进行过滤。抗生素溶液完成过滤操作之后,封存在－20℃的冰箱环境里,严格控制封存时间,封存时间一般为7d左右。在具体的应用过程中,必须结合实际情况,参照抗生素浓度、体积,来选择适量的母液稀释抗生素。

其次,在制作和准备抗生素培养基时,需要提前制备完成培养基R2Aagar,其中,配制质量浓度需要控制在18.1g/L,培养基在利用蒸馏水进行配制完成之后,需要在120℃的高温高压环境下进行灭菌消毒,消毒时间控制为20min,最后,在温度冷却到70℃时最优,才能够添加适量的抗生素母液,抗生素母液和培养基混合均匀后,将配制的溶液倒在平板中,这样才能够在后续操作中应用。

最后,检测ARB。首先,主要利用磷酸盐缓冲液来稀释待测水样,然后,将50μL待测水样接种在抗生素的R2A琼脂模板中,并且利用细菌活菌平板计数的方式来进行详细计数。在对HPC进行检测时,也可以应用无抗生素平板来进行计数。在对污水中的COD进行检测时,可以应用重铬酸钾快速烘箱法,对于NH＋4－N以及TN的检测,可以分别应用纳氏试剂分光光度法和碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法,都能够获得准确的检测结果。