養(yǎng)殖污水處理設備糞便處理
養(yǎng)殖污水處理設備糞便處理
1 引言
抗生素的大規(guī)模生產和使用已經持續(xù)了70多年，極大地促進了人類的健康和農業(yè)生產.但越來越多的證據顯示(Toleman et al., 2007)，隨著抗生素的使用，微生物(包括病原菌和非病原菌)對抗生素的抗性在逐年增加，抗生素抗性基因通過水平轉移，進入各種病原菌，給人類健康和環(huán)境安全構成了巨大的潛在危害.2011年德國爆發(fā)的“毒黃瓜”事件短期內使歐洲33人死亡、3000多人被感染，因為此次疫情的O104：H4血清型腸出血性大腸桿菌攜帶有氨基糖苷類、大環(huán)內酯類、磺胺類等多種抗生素的抗性基因，導致多種抗生素
治療無效(蘇建強等，2013).臨床上常見的一種致病菌——波美不動桿菌，在30多年的時間里從一種對大多數抗生素敏感的細菌發(fā)展到了帶有45種抗生素抗性基因的“超級細菌”，這些抗性基因通過基因的水平轉移來源于各種環(huán)境微生物(Fournier et al., 2006).歐洲每年大約25000人死于抗生素抗性細菌，美國每年至少2000000人的疾病和23000人的死亡是由于抗生素抗性所導致.因此，衛(wèi)生組織(WHO)已將抗生素抗性基因(ARGs)作為21世紀威脅人類健康的zui重大挑戰(zhàn)之一，并將在范圍內對控制ARG進行戰(zhàn)略部署.
由于抗生素不僅能夠防治疾病，而且能夠提高飼料效率、促進畜禽生長，因此，獸用抗生素(如四環(huán)素、泰樂菌素等)和一些微量金屬元素如Cu、Zn、As等作為飼料添加劑在集約化畜禽養(yǎng)殖場得到了廣泛使用.但抗生素和微量金屬元素不能在動物體內*代謝降解、吸收，這就導致相當比例的抗生素和大部分微量金屬元素隨糞便排泄出來，例如，約30%～90%的抗生素以母體的形式和大部分銅(隨糞便排出體外，導致畜禽糞便中含有高濃度的殘
留抗生素和重金屬.這些有毒有害污染物不僅嚴重威脅畜禽產品安全，而且隨著畜禽糞污農用進入土壤、水體環(huán)境，導致微生物的抗性逐年增加，并且抗性基因通過水平轉移，對環(huán)境和人體健康構成了巨大的潛在危害.
畜禽養(yǎng)殖糞污不僅污染物排放量大，而且常規(guī)污染物質化學需氧量、氮磷與有毒有害物質殘留抗生素、重金屬并存，呈現復合污染特征，是環(huán)境的主要污染源之一，并已成為抗生素抗性基因重要的蓄積庫.根據2010年發(fā)布的《*次全國污染源普查公報》，我國2007年度集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產生量為2.43億t，尿液產生量為1.63億t，其中主要水污染物排放量中銅為2397.23 t，鋅為4756.94 t.畜禽糞便已成為英國土壤中Cu、Zn等重金屬的重要來源，其對土壤Cu和Zn積累的年貢獻率分別達到了37%~40%和8%~17%(Nicholson et al., 2003).由于抗生素和重金屬在畜禽養(yǎng)殖中的廣泛使用，這不僅導致畜禽養(yǎng)殖場及其周邊形成了一個重金屬和抗生素交叉污染的典型環(huán)境，而且重金屬對抗生素抗性基因的長期選擇壓力及重金屬抗性基因和
抗生素抗性基因的交叉分布特征更是加劇了這種污染.例如，已有研究表明，抗生素抗性基因的豐度與抗生素和砷、銅等重金屬濃度顯著相關，這表明砷、銅等重金屬和抗生素的復合污染可以增加環(huán)境中抗性基因的豐度.相較于抗生素抗性基因，目前有關重金屬抗性基因在各種環(huán)境中的傳播、分布特征及轉歸機制的研究非常少，更遑論有關重金屬抗性基因控制的研究.
自2006年Pruden等將抗生素抗性基因作為一種新型環(huán)境污染物提出之后，有關其在各種環(huán)境中的傳播、分布特征及轉歸機制等研究已引起廣泛關注.生物處理(如厭氧發(fā)酵和好氧堆肥)和土地利用是畜禽糞便廣泛應用的處理與處置方式.因此，在控制、治理和資源化利用畜禽養(yǎng)殖糞便中常規(guī)C、N、P污染物的基礎上，如何有效控制和削減抗生素與
重金屬的復合污染及其抗性基因的水平傳遞，降低畜禽養(yǎng)殖糞便土地利用的生態(tài)風險將是本領域的技術難題和前瞻性課題.所以，本文的目的就是通過文獻調研，綜述國內外抗生素抗性基因和重金屬抗性基因在畜禽糞便生物處理及土地利用全過程中的傳播、分布與控制的研究進展，并對今后的研究重點和方向提出建議和展望，以期為我國畜禽養(yǎng)殖糞便的風險控制和資源化利用提供借鑒.
2 畜禽糞便中抗生素和重金屬抗性基因的賦存特征
畜禽糞便中殘留的抗生素和重金屬特征決定了環(huán)境中抗生素和重金屬抗性菌及其抗性基因的特征.不同國家和地區(qū)畜禽糞便中殘留的抗生素和重金屬差別很大(表 1).多項研究表明(Hölzel et al., 2010;Bibbal et al., 2007;Heuer and
Smalla， 2007)，抗生素和重金屬的使用量同抗性基因的豐度顯著相關.在受到畜禽糞便污染的水體中，抗性基因的豐度相對于未受污染的區(qū)域增加了2～3 logs.如Peak等(2007)考察了3種四環(huán)素使用水平的養(yǎng)牛場中6種四環(huán)素抗性基因豐度，結果發(fā)現，四環(huán)素用量zui大、用量較低和未使用的養(yǎng)牛場
