養(yǎng)殖污水處理設(shè)備糞便處理

1 引言

　　抗生素的大規(guī)模生產(chǎn)和使用已經(jīng)持續(xù)了70多年，*地促進(jìn)了人類的健康和農(nóng)業(yè)生產(chǎn).但越來越多的證據(jù)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(duì)抗生素的抗性在逐年增加，抗生素抗性基因通過水平轉(zhuǎn)移，進(jìn)入各種病原菌，給人類健康和環(huán)境安全構(gòu)成了巨大的潛在危害.2011年德國(guó)爆發(fā)的“毒黃瓜”事件短期內(nèi)使歐洲33人死亡、3000多人被感染，因?yàn)榇舜我咔榈腛104：H4血清型腸出血性大腸桿菌攜帶有氨基糖苷類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等多種抗生素的抗性基因，導(dǎo)致多種抗生素

治療無效(蘇建強(qiáng)等，2013).臨床上常見的一種致病菌——波美不動(dòng)桿菌，在30多年的時(shí)間里從一種對(duì)大多數(shù)抗生素敏感的細(xì)菌發(fā)展到了帶有45種抗生素抗性基因的“超級(jí)細(xì)菌”，這些抗性基因通過基因的水平轉(zhuǎn)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(xì)菌，美國(guó)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(dǎo)致.因此，世界衛(wèi)生組織(WHO)已將抗生素抗性基因(ARGs)作為21世紀(jì)威脅人類健康的zui重大挑戰(zhàn)之一，并將在范圍內(nèi)對(duì)控制ARG進(jìn)行戰(zhàn)略部署.

　　養(yǎng)殖污水處理設(shè)備糞便處理

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(jìn)畜禽生長(zhǎng)，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(chǎng)得到了廣泛使用.但抗生素和微量金屬元素不能在動(dòng)物體內(nèi)*代謝降解、吸收，這就導(dǎo)致相當(dāng)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(dǎo)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(yán)重威脅畜禽產(chǎn)品安全，而且隨著畜禽糞污農(nóng)用進(jìn)入土壤、水體環(huán)境，導(dǎo)致微生物的抗性逐年增加，并且抗性基因通過水平轉(zhuǎn)移，對(duì)環(huán)境和人體健康構(gòu)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(zhì)化學(xué)需氧量、氮磷與有毒有害物質(zhì)殘留抗生素、重金屬并存，呈現(xiàn)復(fù)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(kù).根據(jù)2010年發(fā)布的《*次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，我國(guó)2007年度集約化畜禽養(yǎng)殖業(yè)糞便產(chǎn)生量為2.43億t，尿液產(chǎn)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(guó)土壤中Cu、Zn等重金屬的重要來源，其對(duì)土壤Cu和Zn積累的年貢獻(xiàn)率分別達(dá)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(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)及其周邊形成了一個(gè)重金屬和抗生素交叉污染的典型環(huán)境，而且重金屬對(duì)抗生素抗性基因的*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(guān)，這表明砷、銅等重金屬和抗生素的復(fù)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(guān)重金屬抗性基因在各種環(huán)境中的傳播、分布特征及轉(zhuǎn)歸機(jī)制的研究非常少，更遑論有關(guān)重金屬抗性基因控制的研究.

　　自2006年P(guān)ruden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(guān)其在各種環(huán)境中的傳播、分布特征及轉(zhuǎn)歸機(jī)制等研究已引起廣泛關(guān)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(yīng)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(chǔ)上，如何有效控制和削減抗生素與

重金屬的復(fù)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(fēng)險(xiǎn)將是本領(lǐng)域的技術(shù)難題和前瞻性課題.所以，本文的目的就是通過文獻(xiàn)調(diào)研，綜述國(guó)內(nèi)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(jìn)展，并對(duì)今后的研究重點(diǎn)和方向提出建議和展望，以期為我國(guó)畜禽養(yǎng)殖糞便的風(fēng)險(xiǎn)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(guó)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(xiàng)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(guān).在受到畜禽糞便污染的水體中，抗性基因的豐度相對(duì)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(chǎng)中6種四環(huán)素抗性基因豐度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，四環(huán)素用量zui大、用量較低和未使用的養(yǎng)牛場(chǎng)