[发明专利]一种污泥脱水及去除细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因的方法

说明书

一种污泥脱水及去除细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因的方法，属于分子生物学领域。包括如下步骤：(1)银杏叶改性纳米零价铁的制备及氧化剂过硫酸钠的激活；(2)剩余污泥的深度处理。本发明可实现污泥脱水及去除细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因，常温条件下，采用过硫酸钠作为氧化剂，利用银杏叶改性纳米零价铁激活，产生各类强氧化型自由基，对剩余污泥进行脱水及对细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因进行去除。经本发明处理后的剩余污泥过滤比阻可减少95.42％、污泥体积可减少56.28％、细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因去除可达99.00％以上。

技术领域

本发明属于纳米材料、污水处理、固废处理及分子生物学领域，具体涉及一种基于银杏叶改性纳米零价铁激活过硫酸钠实现剩余污泥脱水及去除细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因的方法。

背景技术

随着污水排放量的增加，污水生物处理产生的剩余污泥总产量也稳步增长，年均增长13％左右。有报道称，它将在2020年达到6000万吨以上。大量剩余污泥的处理和处置已成为一个全球性的问题。众所周知，污泥含水率高达80％。因此，高性能的脱水工艺可以降低剩余污泥的输送和处置负担。最近的研究表明，在城市污水处理厂的污水和污泥中存在广泛的污染物，包括抗生素抗性基因。研究表明，全球每年的抗生素消费量在10万到20万吨之间，而单是中国每年的消费量就超过了2.5万吨。据估计，到2050年，全世界至少有70万人因抗生素抗药性问题而死亡。也就是说，因为抗性基因的抗性行为和其具有的环境风险，我们研究水相与污泥相中抗性基因的去除是有必要的。

污泥脱水主要包括以下方法：添加聚电解质和碱性预处理、表面活性剂、芬顿预处理、超声波预处理、微波辐射和电解。然而，常用的化学处理方法几乎无法降到80％以下的含水量；随着无机活性剂的加入，脱水污泥的体积明显增加；物理方法对能源的消耗使得这些技术大多是在实验室规模上进行的，不适合大规模应用。对于基因类污染物的去除，污水处理厂常用的技术主要有氯化、紫外线处理、臭氧氧化、均相和多相光催化等。氯化消毒是一种灭活微生物的消毒方法。然而，氯可以形成各种消毒副产物，其毒性比母体化合物高。与氯化消毒相比，紫外线消毒不会产生消毒副产品。然而，Giovanna Ferro等人分析了紫外/过氧化氢过程对抗生素抗性基因转移潜能的影响；结果表明，经240min处理后，bla-TEM基因表达量增加到3.7×10³copies/mL，qnr S基因的去除率在初始样品(5.1×10⁴copies/mL)和最终样品(4.3×10⁴copies/mL)之间无明显变化。对于光催化和臭氧氧化的协同作用，JoséM.Sousa等人发现，接触时间30min后，16S rRNA、int I1和特异性抗生素抗性基因(bla-TEM、qnr S、van A和sul 1)均显著去除，但除qnr S基因外，其余均在3天后达到预处理水平。因此，寻求一种高效、无毒、无害化的污泥减量化、资源化技术是十分必要的。

过硫酸钠具有长的键长和低的键离解能，分别为和140kJ/mol，过硫酸钠容易被催化剂活化，产生自由基，对各种污染物具有很强的氧化潜力，因此它具有对细菌细胞和DNA损伤的潜力。在高级氧化工艺中，均相过硫酸钠技术，如纳米零价铁作为催化剂，已被公认为具有高性能的强大且有吸引力的方法。近年来，纳米零价铁/过硫酸钠在污泥脱水方面同样受到广泛关注。周旭等人报道4g过硫酸钠/L和15g纳米零价铁/L处理可使毛细血管抽吸时间缩短50％以上。纳米零价铁比表面积大，粒径小，反应活性高。然而，大的比表面积也给纳米零价铁的应用带来了缺陷。例如，纳米零价铁颗粒容易钝化和团聚。为了克服这些缺点，具有安全性、低成本、防团聚和提高纳米零价铁反应活性等特点的颗粒稳定材料具有广泛的吸引力。银杏叶提取液可作为稳定剂，以增强纳米零价铁的反应性和分散性，值得注意的是，目前还没有研究系统地研究银杏叶纳米零价铁对过硫酸钠的活化实现剩余污泥脱水及去除细菌16S rRNA基因和抗生素抗性基因。