[发明专利]一种基于太阳能发热膜电解去除抗生素抗性基因的方法有效

专利信息
申请号: 202010684763.8 申请日: 2020-07-16
公开(公告)号: CN111807477B 公开(公告)日: 2022-06-10
发明(设计)人: 马德方;洪艺博;史伟业;高宝玉 申请(专利权)人: 山东大学
主分类号: C02F1/461 分类号: C02F1/461;C02F1/30;C02F1/44;C02F1/02;C02F1/467;C02F101/30;C02F101/34;C02F101/38;C02F103/20;C02F103/34
代理公司: 济南金迪知识产权代理有限公司 37219 代理人: 张宏松
地址: 250199 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 太阳能 发热 电解 去除 抗生素 抗性 基因 方法
【说明书】:

发明涉及一种基于太阳能发热膜电解去除抗生素抗性基因的方法,包括电解池,所述电解池上部为作为阴极的铂丝,下部为作为阳极的太阳能发热导电膜,两电极通过导线连接至外部电源,形成一个闭合回路,所述电解池上部两侧分别为进水口和出水口,所述太阳能发热导电膜下部为环形支撑层,膜滤过液自此流出。反应器外部设日光模拟器,模拟太阳光。本发明将传统膜截留与化学电解池结合,并在膜上负载光热转换材料,利用在反应器内形成的局部高温及酸性环境,破坏抗性细菌结构并使抗性基因失活,从而达到去除抗性基因的目的。

技术领域

本发明涉及一种基于太阳能发热膜电解去除抗生素抗性基因的方法,属于污水净化处理技术领域。

背景技术

自然环境中抗生素已经广泛存在,且抗生素的种类多,抗生素残留量以养殖场废水最高,地下水最低。国内环境中抗生素污染现状比国外严重。抗生素的大量使用甚至是滥用所导致的环境污染问题日趋严重,通过抗生素的选择性压力,诱导动物体内微生物或进入环境后诱导环境微生物所产生的抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)污染,严重威胁生态环境安全和人类健康。ARGs可通过质粒、整合子-基因盒、转座子等可移动的基因元件在同种或不同种菌群中进行水平基因转移,在环境中具有持久性和可复制性,被认为是一种新型环境污染物。

水、土壤、大气中都存在不同程度的抗性基因污染,其中四环素类ARGs在不同环境中都有检出。目前我国基本所有的污水厂均存在抗性基因,天然水体也检出抗性基因,例如有学者研究发现,磺胺类ARGs是九龙江水样和沉积物中出现频率最高的抗性基因,沉积物样品中检测出四环素类ARGs和磺胺类ARGs。抗性基因已被作为环境污染物对待。

抗性基因的存在形态有两种:存在于抗性细菌中、游离于环境中,且以前者为主。目前去除抗性基因主要使用高级氧化工艺和消毒工艺。高级氧化能通过物理或化学诱变破坏细菌DNA双螺旋结构,从而有效减少出水中抗性基因含量,但其实际应用有很大局限,一是成本高,二是处理效果不好,无法有效去除细菌中存在的抗性基因。消毒对减少污水中抗性基因有重要作用,不仅因为其能减少活的抗性细菌的数量,而且能有效抑制活的抗性细菌之间的基因转移。但消毒对抗性减少的效果依赖于消毒剂渗透到抗性细菌体内的程度,及细胞内的各种成分(如氨基酸、脂肪、糖类、核酸)的反应性能。如果消毒剂导致细胞失活与核酸无关,那么完整的抗性基因片段就残存于细胞中,且有可能转移到其他微生物体内,因此消毒也无法有效去除抗性基因。

膜截留是水处理过程中常用的去除污染物的方式,处理效率高,出水稳定。采用膜截留可以大幅降低出水中抗性基因、细菌的量,但它们并没有消失,而是存在于膜一侧的浓水中,且浓度较原来大大增加,还需要进一步处理。同时由于膜造价高,容易出现膜污染,运行过程能耗高,膜截留的实际应用仍然存在很大局限。

因此,需要研发一种经济、高效的去除抗生素抗性基因的技术。

发明内容:

针对现有技术的不足,本发明提供一种基于太阳能发热膜电解去除抗生素抗性基因的方法。

本发明的方法将膜截留与化学电解池结合,同时在膜上负载能导电的光热转换材料,利用在反应器内形成的局部高温及酸性条件,使抗性细菌失活并破坏抗性基因结构,达到去除抗性基因的目的,且该过程不会产生有毒副产物。与此同时,外加电场能有效减少膜污染,延长膜寿命,具有良好的经济效益。

为了达到以上目的,本发明是通过如下技术方案实现的:

一种基于太阳能发热膜电解去除抗生素抗性基因的方法,该方法利用太阳能发热膜电解系统进行,所述太阳能发热膜电解系统包括相连通的污水容器、水泵和电解池;电解池的上端两侧分别设有进水口和出水口,进水口与出水口之间的电解池内固定有阳极和阴极;阳极和阴极通过金属导线分别连接到外置的电源的正极、负极上,组成电解池,电解池的底部设置有滤液出口;

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