生物处理消除猪废水中的抗生素和激素

D.L.Chenga, H.H.Ngoa,c, W.S.Guoa, Y.W.Liua, J.L.Zhoua, S.W.Changb, D.D.Nguyenb,c, X.T.Buid, X.B.Zhanga

^a环境保护与环境保护联合研究中心，土木与环境工程学院，悉尼科技大学，澳大利亚新南威尔士大学，澳大利亚，环境与市政工程学院，天津城建大学，天津300384，中国。

^b大韩民国442-760号京津大学环境能源与工程系。

^c越南岘港大学研究与发展研究所。

^d越南胡志明市10区越南国家大学，环境与自然资源学院，越南国立大学。

强调

bull;对猪废水的生物抗生素和激素处理工艺进行了综述。

bull;抗生素/激素去除机制可以是生物吸附和生物降解。

bull;传统的AS和AD对于抗生素和激素去除无效。

bull;MBRs/混合MBRs和人工湿地可以改善毒物的去除。

bull;改进的常规生物反应器在抗生素和激素去除方面也是有效的。

图形概要

专业 环境工程 学生姓名 伍嘉博 指导老师姓名 金仁村

摘要：由于对人类健康和生态环境的严重威胁，猪废水中的抗生素和激素已成为全球关注的焦点。本文总结并比较了利用各种生物学过程去除大部分可检测的抗生素和激素，例如来自猪废水的磺酰胺（SAs），SMs，四环素（TCs），大环内酯和雌性激素。在生物过程中，生物吸附和生物降解是抗生素和激素的两种主要去除机制。传统活性污泥处理后的污水和污泥中的残留物和厌氧消化过程仍然可能对周围环境造成危害，而厌氧过程的去除效率比好氧过程差。相反，膜生物反应器（MBRs），人造湿地（CWs）和改良过程由于其更高的生物降解毒性而表现更好。对活性污泥，厌氧消化和常规MBRs的工艺改进也可以提高性能（例如去除废水中高达98％的SMs，88.9％的TCs和99.6％的激素）。将MBRs与生物或物理技术相结合的混合工艺也产生更好的去除效率。因此，改进的传统生物过程，先进的生物技术和MBR混合系统被认为是一种有前景的从猪废水中去除有毒物质的技术。

关键词：猪废水；生物过程；抗生素；激素；去除效率

缩略语

SAs，磺胺；SMZ，磺胺二甲嘧啶；SMX，磺胺甲恶唑；SD，磺胺嘧啶；SMM，磺胺间甲氧嘧啶；TCs，四环素；TC，四环素；OTC，土霉素；CTC，金霉素；DC，多西环素；E1，雌酮；E2，17beta;雌二醇；EE2，17alpha;炔雌醇；ARGs，抗生素抗性基因；tetO，ttetC，tetM，tetW，tetA，tetX，四环素抗性基因；sulI，sulII，sulIII，磺胺抗性基因；BOD，生物需氧量；COD，化学需氧量；NH₃–N，氨氮；TN，总氮；TP，总磷；TSS，总悬浮物；HRT，水力停留时间；SRT，污泥停留时间；MBRs，膜生物反应器；CWs，人工湿地；SF-CWs，自由水面人造湿地；HSSF-CWs，水平地下流人工湿地；VSSF-CWS，垂直地下流人工湿地；CAS，传统的活性污泥；AD，厌氧消化；SBR，序批式反应器；A/O过程，厌氧/好氧过程；A²O，厌氧-缺氧-好氧过程；UASB，上流式厌氧污泥床；ASBR，厌氧序批式反应器；CSTR，连续搅拌釜式反应器；BAF，生物曝气过滤器；BF-MBR，生物膜MBR；AFMBR，厌氧流化膜生物反应器；AnMBR，厌氧膜生物反应器；GAC，颗粒状活性炭；PAC，粉末活性炭；USDA，美国农业部。

1、介绍

世界人口增长意味着人们饮食中的肉类消费增加;猪肉作为世界上最受欢迎的肉类之一，现在占全球肉类产量的大约38％。美国农业部在“家畜和家禽：世界市场和贸易”报告中指出，过去五年，猪肉年平均消费量达到1.1times;108吨。随着对猪肉的需求如此之大，传统的小型养猪场正在迅速扩张成为密集的大型养猪场，导致越来越多的猪场废水从猪场排放。据悉，在2011年，中国产生超过4.6亿吨的猪场废水（Liu等，2016年）。随着全球猪肉需求量持续增加，未来猪场废水量将继续增加（Lim，2008）。

众所周知，猪废水中含有大量有机物，固体，挥发性物质，粪大肠菌群和营养物质，化学需氧量（COD）高达3000-15,000mg/L，氨氮（NH3-N）为400-1400mg/L，总氮（TN）600-2100mg/L，总磷（TP）100-250mg/L。自20世纪50年代初以来，各种药物和饲料添加剂已被用于畜牧业治疗感染，并提高全球的生长和饲料效率（A.K. Sarmah等，2006）。据报道，美国约88％的生长猪在其饲料中接受抗生素以预防疾病并促进生长。美国食品和药物管理局报告称约有2990万农场动物使用了约1磅抗生素（Leavey-Roback等，2016; Wang and Wang，2016）。同样，在越南，用于促进生长的抗生素超过1100万磅，用于疾病预防的用量为2500万磅，用于养猪的治疗用量为3700万磅。中国是全球最大的猪肉消费国，每年使用约6000吨兽用抗生素（Chen等，2010）。

然而，抗生素和激素都不被猪吸收，其中大部分未被完全代谢;约70％-90％通过粪便和尿液以不变形式或作为代谢物排出（Masseacute;等，2014）。因此，猪的废物是环境中抗生素和激素的重要来源。据其他报道，2010年中国的猪日常排泄抗生素量估计约为18.2mg/d（Zhou等，2011）。2004-2014年，每只猪通过尿液排出的雌性激素为0.12到2.3 mg/d（98-99％），至少比人类高10倍（Johnson等，2006; Lange等，2002; Zhang等，2014）。除了大量的悬浮固体，有机物，氮和磷外，猪废水中还含有相当数量的抗生素和激素。一般来说，猪废水中主要和最常见的抗生素是四环素（TC），磺胺（SA）和大环内酯，而荷尔蒙通常采用雌激素，雄激素，糖皮质激素和孕激素的形式（Aad等，2012）。在这些毒物中，由于它们的浓度很高，四环素类（TC）和磺胺类（SA）是猪废水中报道最多的抗生素（Shi等，2013），而雌酮（E1），17beta;-雌二醇（E2）和合成17alpha;-炔雌醇（EE2）是研究最多的雌激素激素家族。这是由于它们对环境的严重影响，即使浓度非常低（0.1-0.5ng / L）（Adeel等，2017）。以前的研究结果表明，猪粪废水中上述抗生素和激素的浓度随采样位置和分析方法的不同而不同（表1）。

Table 1. Concentrations of target antibiotics and hormones in swine wastewater.

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