一种处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的装置及方法

本发明涉及废水处理，具体涉及一种处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的装置及方法。

背景技术：

1、抗生素作为一类杀灭细菌或抑制细菌生长的药物，被广泛应用于人类生活和生产中，合理使用抗生素可以预防和治疗细菌引起的一些感染性疾病。然而，抗生素的过度使用和滥用加速了抗生素抗性细菌的传播，细菌通过基因突变或抗生素抗性基因(args)的水平转移进化为新的耐药菌株，使药物治疗无效，进而产生抗生素耐药风险。

2、目前，在不同的水环境中均检测到了抗生素及其抗性基因的残留，例如医疗废水、城市污水、养殖水体、湖泊以及地下水等，抗生素检出浓度最高可达几百微克每升。值得注意的是，随着近十年水产养殖行业的发展，抗生素的使用越来越频繁，主要用于预防和治疗鱼类、虾类等水生动物的细菌性传染病，同时许多抗生素还可用于提高饲料利用率，促进水生动物的生长。在水产养殖中，由于使用后的抗生素主要通过动物排泄物和饲料中残留的方式进入养殖废水，这增加了抗生素抗性基因的选择压力，从而导致养殖废水中存在较高的抗生素抗性风险，同时也加剧了抗生素残留和细菌耐药性的问题。因此，对于如何高效处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的问题，我们应该予以高度重视。

3、目前，针对处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的污染，可采用生物处理(如生物过滤、生物吸附、植物净化)、化学处理(包括高级氧化、活性炭吸附)、物理处理(如超滤、反渗透)、组合处理方法(如生物-化学联合处理、生物-物理联合处理)等技术提高去除效果。但是，单一的水处理工艺在去除抗生素方面的效率有限，加上抗生素本身的难生物降解特性，导致养殖水体中抗生素及其抗性基因的去除效果不佳。

4、中国专利cn117263359a公开了一种铁酸钴活化过氧乙酸的高级氧化法处理水体中抗生素的方法，通过铁酸钴活化过氧乙酸产生高活性氧化性自由基来实现抗生素氧氟沙星的高效降解。但是，由于氧化性自由基没有选择性，容易被实际水体中的共存非目标有机物所消耗，导致其真实处理效果显著低于预期。

5、中国专利cn117003330a公开了一种快速去除废水中抗生素的方法，通过调节水中溶解氧的浓度来控制真空紫外(vuv)光解作用产生的自由基种类及浓度，依靠不同自由基的氧化还原作用实现对水中多种抗生素的分步选择性去除，但是针对实际的养殖水体，由于水中养殖生物体的存在与生存需求，难以调节水中溶解氧的浓度。

6、研究表明，185nm真空紫外光(vuv)具有很高的光子能量，能通过裂解水分子产生eaq-、h·和羟基自由基(·oh)，强化目标污染物的氧化与还原降解。其中，向水中加入还原剂如亚硫酸盐可以强化真空紫外灯光解系统产生更多的还原性自由基(eaq-和h·)，将水中的抗生素残留物还原为低毒害、易降解的有机中间体，进而降低水体产生抗生素耐药的风险。同时，真空紫外灯还将产生254nm的紫外光(功率占比>90％)，结合同步产生的氧化性自由基(·oh)还将对养殖水体中的耐药菌及其游离抗性基因的dna结构起到破坏和失活的作用。

7、因此，本发明研究人员将亚硫酸盐与真空紫外光(vuv)相结合共同处理养殖水体，这种组合处理方法不仅能够快速去除抗生素，还可以有效破坏抗性基因，从而减少环境中抗生素的残留和抗生素抗性基因的传播，为养殖废水处理提供了一种高效、环保的解决方案。

技术实现思路

1、本发明上述问题，提供了一种高效处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的装置及方法，通过真空紫外光结合亚硫酸盐，快速去除抗生素，还可以有效破坏抗性基因。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种高效处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的装置，所述的装置包括曝气泵1、固定扣2、养鱼桶3、粗孔棉4、细孔棉5、外置过滤器6、真空紫外灯7和水泵11。

4、优选地，所述曝气泵1有6根出气管；所述的外置过滤器6连接有出水管和进水管；

5、优选地，所述曝气泵1安装在养鱼桶3的上方，曝气泵的六根出气管分别由固定扣2均匀的固定在养鱼桶的桶口四周内侧；所述外置过滤器6的进水管连接水泵11，出水管连接养鱼桶3；水泵11与养鱼桶3由水管相连。

6、优选地，所述粗孔棉4、细孔棉5和真空紫外灯7安装在外置过滤器6内；所述粗孔棉4和细孔棉5间隔摆放成圆柱状；所述真空紫外灯7安装在粗孔棉4和细孔棉5组成的圆柱的中心。

7、优选地，所述的养鱼桶3的容量可以为0.8-1.5吨水/桶；进一步优选地，所述的养鱼桶3的容量可以为1吨水/桶。

8、优选地，所述的外置过滤器6的体积可以为7-9l，流量可以为3500-4200l/h；进一步优选地，所述的外置过滤器6的体积可以为8l，流量可以为4000l/h。

9、优选地，所述的真空紫外灯7的功率可以为50-60w，长度可以为53-58cm，直径可以为7-8cm；进一步优选地，所述的真空紫外灯7的功率可以为55w，长度可以为55cm，直径可以为7.5cm。

10、优选地，所述的粗孔棉4的孔径为4mm，细孔棉5的孔径为2mm。

11、另一方面，本发明提供了一种高效处理养殖水体中抗生素及其抗性基因的方法，通过上述所述的装置完成，包括以下步骤：

12、(1)在养鱼桶3内加入鱼塘养殖水体，打开水泵11，循环过滤；

13、(2)当过滤后的水样浊度降至20ntu及以下，加入亚硫酸盐，继续循环过滤直至混合均匀；

14、(3)开启真空紫外灯7照射。

15、优选地，步骤(1)所述的过滤的时间可以为4-12h；进一步优选地，步骤(2)所述的过滤的时间可以为8h。

16、优选地，步骤(2)所述的亚硫酸盐为亚硫酸钠。

17、优选地，步骤(2)所述的亚硫酸盐的添加量可以为0.05-0.5mmol；进一步优选地，步骤(2)所述的亚硫酸盐的添加量为0.1-0.2mmol；更优选地，步骤(3)所述的亚硫酸盐的添加量为0.2mmol。

18、优选地，步骤(3)所述的照射时间可以为4-12h；进一步优选地，步骤(4)所述的照射时间可以为8h。

19、优选地，所述的抗生素选自恩诺沙星、强力霉素、环丙沙星、磺胺甲恶唑中的至少一种；进一步优选地，所述的抗生素为恩诺沙星、强力霉素、环丙沙星、磺胺甲恶唑中的至少一种。

20、优选地，所述的真空紫外灯7的紫外光的波长为185nm和254nm。

21、优选地，所述的方法还包含步骤(4)：待水体中抗生素检出浓度低于10ng/l、同时抗性基因总丰度下降超过1个数量级后，关闭真空紫外灯7，打开曝气泵1，并在经过处理的水体中放入体型相近的鲈鱼适量，养殖密度保持在10-20尾/立方米。

22、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

23、本发明将亚硫酸盐与真空紫外光(vuv)相结合共同处理养殖水体，这种组合处理方法不仅能够快速去除抗生素，还可以有效破坏抗性基因，从而减少环境中抗生素的残留和抗生素抗性基因的传播，为养殖废水处理提供了一种高效、环保的解决方案。