渗滤液处理厂中抗生素抗性基因及其对受纳环境的影响研究

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大量抗生素在人类医药业、畜牧养殖业的滥用导致了细菌具有抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs),作为一种21世纪新兴的环境污染物,受到人们普遍关注。近年来,人们对城镇污水、养殖废水等污水中ARGs的研究比较广泛,但是对垃圾渗滤液的研究还不够充分。因此,了解ARGs在渗滤液处理系统中各工艺的变化和去除率,研究接受河流和土壤中ARGs的分布情况,对控制抗性基因的传播有一定作用。  本论文以广州市某大型生活垃圾填埋场渗滤液处理厂的水样及出水受纳环境(土壤和地表水)为研究对象,采用PCR(聚合酶链式反应,Polymerase Chain Reaction)对21种ARGs进行定性检测,根据PCR检测结果,对15种抗生素抗性基因进一步采用实时荧光定量PCR进行定量分析,同时测定样品中4种重金属(Cu、 Zn、 Ni、Cr)浓度。利用ANOVA(单因素方差分析)分析不同季节渗滤液中目标ARGs丰度的变化,分析渗滤液进出水及剩余污泥中ARGs的浓度,研究了整个工艺流程中ARGs的消减情况,以及外环境(土壤和地表水)ARGs浓度的检出情况和共存重金属的相关性。  渗滤液处理系统中存在着大量的ARGs,10种四环素类抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL、tetM、tetO、tetQ、tetS、tetW和tetX),2种AmpCβ-内酰胺酶类抗性基因(EBC和FOX),2种磺胺类抗性基因(sul1和sul2)和1个整合子基因(intI1)共15种抗生素抗性基因的检出频率高。  渗滤液处理系统进水ARGs丰度随季节而变化,其中春季和夏季的丰度值差异显著(p<0.05),丰度从高到低依次为夏季、冬季和春季。渗滤液进水ARGs拷贝数(浓度)范围为107.77~109.39 copies/mL,比市政污水处理厂进水中ARGs拷贝数高。剩余污泥中ARGs的拷贝数范围为107.42~1010.52 copies/g,与进水相当。整个工艺中,除tetA(94.91%)和tetO(98.86%)外,其他ARGs去除率均大于99.00%,其中tetQ和tetS是去除量最大的两种ARGs,去除量超过3.60个数量级。总体上,经过处理,渗滤液中的基因拷贝数降低2~4个数量级。出水灌溉土壤的ARGs拷贝数范围为105.05~107.57copies/g,地表水被测的ARGs的拷贝数范围为105.47~108.26copies/ml。  通过线性拟合四环素类,AmpCβ-内酰胺酶类、磺胺类和整合子抗性基因与重金属之间的相关性进行分析,结果表明,重金属(Cu、Zn、Cr和Ni)浓度与ARGs(tetC、sul1、sul2、FOX、intI1)的相对丰度之间存在相关性(p<0.05),说明在渗滤液中重金属可能部分影响是ARGs丰度。本论文研究结果表明渗滤液处理厂受ARGs污染程度比污水处理厂更严重,同时出水对受纳环境也会造成污染,值得关注。
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