生猪屠宰场污水处理设备供应商

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1 引言

　　畜禽养殖业是我国农业的支柱产业，在维持畜产品稳定供给、提高人民生活水平方面发挥着重要作用.随着畜禽养殖业的集约化、规模化发展，为提高动物生产性能、防治疾病，养殖过程添加了一定量的重金属与抗生素.据统计2006年我国兽用抗生素消耗9.7万吨，占全国抗生素总用量的54%.而不被机体吸收、降解的抗生素排放到环境中，据Zhou等估算我国每年生猪和奶牛养殖场抗生素排放量分别为3080和164 t.而养殖业每年重金属排放铜、锌分别为2397.23 t、4756.94 t.畜禽养殖粪污表现出重金属与抗生素复合污染特征和研究发现畜禽养殖过程抗生素和重金属使用与养殖场及其周边环境抗性基因丰度的提高呈正相关关系.畜禽养殖粪便、污水成为抗性基因的重要蓄积库.抗性基因作为一种新型污染物，可能对公共健康、食品和饮用水安全构成威胁.胡永飞等对162个健康人肠道微生物宏基因组(Metagenome)中的耐药基因进行了深入分析，发现四环素抗性基因的丰度zui高，而人类肠道四环素抗性基因极有可能来自于兽用抗生素的使用以及抗性基因沿食物链的传播.

　　2014年世界卫生组织发布的《抗生素耐药报告》明确指出抗生素抗性是21世纪公共卫生的严峻挑战，针对动物生产应监督和促进畜禽业的合理用药，并强调了食用动物携带的抗生素抗性及其在食物链上的传播方面数据的缺乏，应加强此方面的研究.我国和主要发达国家推行畜禽养殖废水的生物处理、农田利用等工艺模式，然而畜禽养殖废水携带的抗性基因在此过程的转归，以及抗性基因是否存在沿食物链的传播风险，亟需开展相关研究.

　　因此，本研究通过查阅国内外文献，总结归纳了畜禽养殖废水含有的抗生素抗性基因在生物处理、农田利用过程的变化规律，并对今后的研究重点和方向提出建议和展望，以期为揭示抗性基因消减规律，降低畜禽养殖废水抗性基因传播风险提供借鉴.

　　2 畜禽养殖废水中抗生素抗性基因分布

　　抗性基因根据其抗性机制不同分为3类，分别为降低细胞内抗生素浓度(包括降低细胞通透性或外排)、靶向改变(包括靶向保护或靶向突变)以及抗生素失活.畜禽养殖业抗生素的大量使用引起养殖环境抗性基因丰度的提高，抗性基因与抗生素之间存在相关关系.检测了我国3个省36份猪场环境样品(包括粪便、堆肥、土壤)中的149种抗性基因，结果表明检出的抗性基因对应的抗生素分别为大环内脂林可霉素链阳杀菌素B(macrolidelincosamidestreptogramin B，MLSB)、β内酰胺类、四环素类、喹诺酮氯霉素胺酰醇类、万古霉素等，按抗性机制分类抗生素失活检出率zui高，其后依次为外排和细胞保护机制;而抗性基因丰度与转座酶基因丰度、铜、土霉素含量具有正相关关系.较高的抗性基因丰度可能由于在抗生素的选择压力下抗性基因宿主细菌的增殖，以及某些抗性基因通过移动基因元件( genetic elements)发生基因水平转移(Horizontal gene transfer).

　　在畜禽养殖废水方面，四环素类、磺胺类、大环内脂类抗生素的抗性基因研究较多，按抗性机制分类，畜禽养殖废水中抗性基因分布特征详见表 1.)测试了猪场废水中不同机制的四环素抗性基因，发现核糖体保护(靶向保护)抗性基因(tetQ、tetM、tetW、tetO)比外排泵机制抗性基因(tetA、tetB、tetC、tetL)、酶修饰(抗生素失活机制)抗性基因(tetX)丰度高，其在猪场废水中丰度分别为9.25×10-2、5.53×10-2、1.69×10-2和1.32×10-2 copies/16S rRNA.而和)研究也表明tetQ、tetM、tetW、tetO在猪场废水中具有较高的丰度.)研究了猪粪水厌氧发酵土壤生态系统中3种核糖体保护机制的四环素类抗性基因丰度tetQ>tetO>tetW，其中tetQ平均丰度zui高1.84×10-1 copies/16S rRNA.)调查了上海地区猪场和牛场废水中磺胺类和四环素类抗性基因，含量zui高的分别为sulA(108~1010 copies · mL-1)和tetW(106~107 copies · mL-1)，而sulIII含量与磺胺类抗生素浓度的相关性较好，这可能与磺胺类抗生素易生物降解性有关;tetM含量与四环素类抗生素浓度相关性较弱.)也指出TC与tet无显著相关性.除四环素类与磺胺类抗生素之外，泰乐菌素是应用zui广泛的兽用抗生素之一，可能引起大环内脂类抗性基因以及MLSB的多重抗性基因丰度的提高.)对3家猪场大环内脂抗性基因erm进行了定量检测，废水中ermB、ermF含量较高(在108~1010 copies · mL-1之间)，而ermX在104~106 copies · mL-1范围.通过寡聚糖杂交探针测试方法，发现猪粪水和氧化塘废水中50%的rRNA携带MLSB多重抗性基因.

屠宰业是我国出口创汇和保障供给的支柱产业之一，屠宰废水来自牧畜、禽类、鱼类宰杀加工，是我国zui大的有机污染源之一。据调查，屠宰废水的排放量约占全国工业废水排放量的6%[1]，随着经济的发展和人民生活水平的提高，肉类食品加工工业将会有更大的发展，屠宰废水的污染还有不断加剧的趋势。

屠宰废水呈红褐色，有腥味，含有大量血污、皮毛、碎骨肉、蹄角、油脂和内脏杂物。CODCr 、BOD5 、氨氮、SS等指标均较高，如CODCr 600~6000mg/l、BOD5 300~3000 mg/l、SS 400~2700mg/l。BOD5/COD≥0.5，可生化性优良，无毒性。屠宰废水受其生产过程的影响明显，其水质水量波动范围较大。

我国从20世纪50年代开始考虑屠宰废水的处理，由于种种原因，直到70年代国内屠宰废水处理仍为一级处理，80年代以后，新的处理工艺和技术逐渐被开发并得以应用，屠宰废水的处理程度不断提高。本文从生物处理、自然生态处理、化学处理等方面加以讨论。

1生物处理                                                       

1. 好氧生物处理

活性污泥处理系统是当前污水处理领域应用zui广泛的处理技术之一。普通活性污泥法处理屠宰废水很难达到处理要求，普遍存在以下困难[2]：污水排放量季节性变化幅度大，难以满足连续流曝气池对水流稳定性的要求；全年均可发生污泥膨胀难以防治；剩余污泥量大、含水率高，沉淀脱水性能差，污泥处置费用高；脱氮除磷的效率仅20%左右，难以满足高氮屠宰废水的除氮要求。针对普通活性污泥法存在的问题，一些新的处理工艺开发和成功应用到屠宰废水的处理领域。

1.1.1 序批式活性污泥系统（SBR）

SBR（Sequencing Batch Reactor）工艺适应当前好氧生化处理工艺的发展趋势，属简易、高效、低耗的污水处理工艺，广泛地应用于屠宰废水的处理中。其主要优点有[3]：

流程简单，无二沉池和污泥回流设备，节省了大量用地和设备。投资省，运行费用低，比普通活性污泥法节省基建投资30%，运行费用可降低10~20%。不易发生污泥膨胀，出水水质好；剩余污泥性质稳定，便于浓缩和脱水。自动控制，反应池中交替处于好氧、缺氧和厌氧状态，具有较强的脱氮除磷能力。耐冲击负荷能力强，高峰负荷在正常负荷的2.5倍情况下仍能获得稳定处理效率。

SBR间歇运行的特点使其很适合处理流量变化大甚至间歇排放的工业废水，已在亚洲、北美和欧洲等很多国家广泛应用于小型污水领域。很多屠宰场的水量少，且间断排放，采用SBR工艺，既可节省基建费用又可灵活操作。SBR工艺处理屠宰废水CODCr、BOD5的去除率可分别达到80%、90%以上，而且有较好的脱氮除磷效果，氨氮去除率可达80%~90%。J.Keller[4]等人在研究SBR处理屠宰废水脱氮的过程中发现，通过控制溶解氧的浓度可使约50％的氮通过同步硝化反硝化去除，而控制这种脱氮过程对减少处理费用，提高出水水质有重要意义。

随着SBR工艺的蓬勃发展，许多SBR改进工艺被开发出来。CASS工艺在SBR反应器前部增加了一个生物选择器，由于实现了连续进水，在屠宰废水的处理中也得到了广泛的应用。此工艺剩余污泥性质稳定，产生的剩余污泥量只有传统活性污泥法的60%左右[5] 。

1.1.2 AB法

AB法是生物吸附活性污泥法的简称，处理系统分为负荷截然不同的A段（Adsorption Stage）和B段（Bio-aeration Stage）。A段和B段的回流系统严格分开，互不相混，形成二种不同的微生物类群。A段污泥负荷高可达2~6kgBOD5/(kgMLSS.d)，对废水主要起生物吸附作用：而B段负荷较低，不大于0.3 kgBOD5/kgMLSS.d，对废水主要起生物氧化作用[6]。AB法特别适用于屠宰废水悬浮有机物浓度高、水质水量变化较大的特点，一般不设初沉池，对BOD5 、CODCr、SS、P和NH3-N的去处率一般均高于常规活性污泥法，且可节省基建投资约20%、能耗15%左右[7]。

1.1.3 氧化沟

氧化沟对水质、水温、水量的变动有较强的适应性，污泥龄长，可以产生硝化反硝化反应，有脱氮功能。污泥产率低，污泥稳定，勿需消化。表1[7]给出了国外采用氧化沟工艺处理屠宰废水的参数与除污染效果。

表1  氧化沟工艺处理屠宰废水的参数与效果

1.1.4 生物滤池

好氧生物膜法主要用于去除污水中溶解性有机污染物，小型生物处理系统采用生物膜法有节能、强化抗冲击能力、少维护、管理简单等优点。研究与应用较多的是生物滤池、生物转盘等。生物滤池曾是屠宰废水zui基本的处理方法之一，其特点是耐冲击负荷，效果稳定，一般采用两级串联运行。由于屠宰废水中蛋白质含量很高，微生物大量繁殖易使滤池堵塞，因此滤池前需有其他预处理设施。

1.1.5 水解酸化－好氧生物处理

针对屠宰废水中含有大量高分子有机物的特点，为提高好氧生物处理效果、缩短废水停留时间、减少反应池容积，研究者在好氧生物处理前加入酸化处理，开发出酸化－好氧生物处理工艺[2,6,8]。酸化过程的设置将动物性复杂大分子有机物降解成小分子溶解性有机物和有机酸，为后续好氧反应器提供优质的底物，提高了整个处理系统的抗冲击负荷能力和稳定性；同时类似于消化池的固体降解过程实现了污水酸化和污泥消化的集中处理，污泥产量低。

张森林[2]对酸化-SBR工艺的研究表明，在保证处理效果的同时（见表2），此工艺总投资、占地面积和能耗比传统活性污泥工艺减少20%~30%，处理成本降低50%以上。万秀林等人[6]采用兼氧-AB工艺在低温条件下处理屠宰废水也取得良好的处理效果，废水各项主要污染物去除率均达90％以上。

表2   SBR处理屠宰废水试验和工业装置全流程运行结果均值[2]

注：工艺参数：酸化池LV为4.8kgCOD/m3.d;HRT为4.0h；SBR LV为1.25kgCOD/m3.d,T为6~8h,水温25℃。运行条件与实验条件相近。括号中数字为推算值，运行成本（计回用水收入）0.1元/m3。

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