CN110776081B - 一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,包括以下步骤:向35‑45℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液加入铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,得纳米铜簇颗粒;取畜禽废水,将其加热至23‑27℃,保持4‑10min,然后向其中加入步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,搅拌20‑50min,即可。该方法具有去除效率高、去除费用低、去除时间短、操作简单和不会产生二次污染的优点。
Description
技术领域
本发明属于抗生素抗性基因去除技术领域,具体涉及一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法。
背景技术
近年来,由于抗生素的滥用诱导动物体内产生抗生素抗性基因(Antibioticsresistance genes,ARGs),从而加速了抗性基因在环境中细菌间的传播扩散,目前,抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,在不同环境介质中的传播、扩散可能比抗生素本身的环境危害更大。
ARGs去除技术研究尚处于起步阶段。目前所报道的ARGs去除技术主要包括生物、自然、物理、化学等处理技术,且存在较大局限性。生物处理技术主要包括厌氧处理与好氧处理技术,研究表明,具有良好沉降性能和截留能力的生物处理工艺对ARGs的消减效果较好,但目前的ARGs去除只是ARGs从废水向生物量(污泥、膜、沉淀等)的迁移,而不是根本上的消除。且ARGs在生物量中可发生较高的横向转移,反而会加剧ARGs的污染。自然处理技术中人工湿地因其投资少、运行成本低、操作简单等优势被广泛应用于废水处理中,人工湿地对ARGs的去除,受水质、水流方向、植物种类、季节等因素影响,去除效果不稳定。物理化学技术相较于生物、自然处理技术,对ARGs的去除具有效果更稳定、效率更高的优势。但这些方法普遍存在处理费用高、处理时间长、操作复杂、极易产生二次污染(如氯消毒)等缺点,在实际应用中受到限制。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题,本发明提供一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,该方法可有效解决现有的方法存在的去除效率低、去除费用高、去除时间长、操作复杂和易产生二次污染的问题。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明提供的一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,包括以下步骤:
(1)纳米铜簇颗粒的制备:向35-45℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液中加入铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,得纳米铜簇颗粒;
(2)取畜禽废水,将其加热至23-27℃,保持4-10min,然后向其中加入步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,搅拌20-50min,即可。
进一步地,步骤(1)中每升热水中加入五水硫酸铜的质量为6-9g。
进一步地,步骤(1)中每升热水中加入五水硫酸铜的质量为7.8g。
进一步地,步骤(1)中每升热水中加入铁粉的质量为8-12g。
进一步地,步骤(1)中每升热水中加入铁粉的质量为10g。
进一步地,步骤(1)中铁粉的粒径为100-140μm。
进一步地,步骤(1)中铁粉的粒径为120μm。
进一步地,步骤(1)中热水的温度为38-42℃。
进一步地,步骤(2)中每升畜禽废水中加入纳米铜簇颗粒的质量为8-12g。
进一步地,步骤(2)中每升畜禽废水中加入纳米铜簇颗粒的质量为10g。
本发明所产生的有益效果为:
本发明中通过向五水硫酸铜溶液中加入过量的铁粉,置换出纳米级的铜粒子,置换出的铜粒子附着于铁颗粒的表面,形成纳米铜簇,纳米铜簇中的铜粒子起到催化活性中心的作用,能够激活水和空气中的氧,产生具有强氧化性能和细胞毒性的活性氧,一系列的活性氧会对细胞大分子造成损伤,进而导致酶抑制、脂质过氧化和蛋白质改变等,最终造成细胞内的DNA或RNA结构被破坏,丧失支配和传播ARGs的能力,最终实现去除ARGs的目的。该方法对ARGs的去除率可达到99%以上,并且不会产生再生的问题,而且,该方法的原料廉价易得,去除方法简单易于操作,可即制即用,该纳米铜簇颗粒至少可重复使用3次。
通过本方法制得的纳米铜簇中,微米级的铁可附着大量纳米铜微粒,这种附着可以减少重复使用时纳米铜微粒的流失;而且,纳米铜附着于微米级铁的表面,增加了颗粒整体的重量,便于废水处理过程结束后纳米铜的分离。
附图说明
图1为纳米铜簇比例尺为50μm条件下的电镜图;
图2为纳米铜簇比例尺为2μm条件下的电镜图。
具体实施方式
实施例1
一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,包括以下步骤:
(1)向35℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液中加入粒径为100μm的铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,用自来水对剩余的固体物质进行冲洗,得纳米铜簇颗粒;其中,每升热水中五水硫酸铜的加入量为6g,铁粉的加入量为8g;
(2)取经过厌氧消化处理后的畜禽废水,将其加热至23℃,保持4min,然后向其中加入8g步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,以250r/min的转速搅拌20min,即可。
实施例2
一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,包括以下步骤:
(1)向45℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液中加入粒径为140μm的铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,用自来水对剩余的固体物质进行冲洗,得纳米铜簇颗粒;其中,每升热水中五水硫酸铜的加入量为9g,铁粉的加入量为12g;
(2)取经过厌氧消化处理后的畜禽废水,将其加热至27℃,保持10min,然后向其中加入12g步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,以250r/min的转速搅拌50min,即可。
实施例3
一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,包括以下步骤:
(1)向40℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液中加入粒径为120μm的铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,用自来水对剩余的固体物质进行冲洗,得纳米铜簇颗粒;其中,每升热水中五水硫酸铜的加入量为7.8g,铁粉的加入量为10g;
(2)取经过自养脱氮反应器处理后的畜禽废水,将其加热至27℃,保持7min,然后向其中加入10g步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,以250r/min的转速搅拌30min,即可。
试验例
一、采用实时荧光定量聚合酶链式反应的方法分别对实施例1-3中处理前的畜禽废水进行检测,记录废水中ARGs浓度,即丰度,然后分别按照实施例1-3中的方法对废水进行处理后,检测并记录废水中ARGs浓度,具体结果见表1。
表1:处理前后废水中ARGs浓度表
处理前废水中ARGs浓度 | 处理后废水中ARGs浓度 | ARGs去除率(%) | |
实施例1 | 1.73×10<sup>7</sup> | 1.64×10<sup>5</sup> | 99.1 |
实施例2 | 1.73×10<sup>7</sup> | 1.35×10<sup>5</sup> | 99.2 |
实施例3 | 2.65×10<sup>7</sup> | 1.75×10<sup>6</sup> | 99.3 |
通过上表得知,按照本发明实施例1-3中的方法去除畜禽废水中的ARGs,其去除率均在99%以上,尤其是实施例3中的方法,其去除率高达99.3%。
二、采用实施例3中的方法中对畜禽废水中的ARGs进行处理后,过滤,得到纳米铜簇,继续使用该纳米铜簇对新的畜禽废水进行处理,重复上述操作,共使用4次,检测并计算每次去除后废水中ARGs的浓度和去除率,具体结果见表2。
表2:重复处理后废水中ARGs浓度表
处理前废水中ARGs浓度 | 废水中ARGs浓度 | 去除率(%) | |
第一次 | 2.65×10<sup>7</sup> | 1.75×10<sup>5</sup> | 99.3 |
第二次 | 2.65×10<sup>7</sup> | 2.62×10<sup>5</sup> | 96.7 |
第三次 | 2.65×10<sup>7</sup> | 3.50×10<sup>6</sup> | 86.8 |
第四次 | 2.65×10<sup>7</sup> | 5.04×10<sup>6</sup> | 73.4 |
通过上表得知,按照本发明中的方法对畜禽废水处理后,过滤得到的纳米铜簇可重复使用,其使用三次后的去除率还可高达86.8%。
Claims (7)
1.一种去除畜禽废水中抗生素抗性基因的方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)纳米铜簇颗粒的制备:向35-45℃的热水中加入五水硫酸铜,搅拌至五水硫酸铜溶解,然后向溶液中加入铁粉,继续搅拌至溶液变为红褐色,静置,倒出上清液,得纳米铜簇颗粒;其中,每升热水中加入五水硫酸铜的质量为6-9g,每升热水中加入铁粉的质量为8-12g;
(2)取畜禽废水,将其加热至23-27℃,保持4-10min,然后向其中加入步骤(1)中制得的纳米铜簇颗粒,搅拌20-50min,即可,其中,每升畜禽废水中加入纳米铜簇颗粒的质量为8-12g。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中每升热水中加入五水硫酸铜的质量为7.8g。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中每升热水中加入铁粉的质量为10g。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中铁粉的粒径为100-140μm。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤(1)中铁粉的粒径为120μm。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(1)中热水的温度为38-42℃。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤(2)中每升畜禽废水中加入纳米铜簇颗粒的质量为10g。
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