纳米零价铁对养殖场废弃物厌氧发酵过程中抗生素抗性基因的影响
发布时间：2021-04-03 19:58
抗生素被广泛应用于畜禽养殖业饲料中,并诱导动物肠道与畜禽粪便中产生抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）。ARGs可以通过水平基因转移在不同微生物间传播,当大量携带ARGs的有机肥被施入农田,土壤中微生物获得抗生素抗性的风险随之加大,甚至威胁人体健康。厌氧发酵是畜禽粪便资源化利用的重要方式,但其发酵产物中存在较大的ARGs传播风险。纳米零价铁（Nano-zerovalent iron,n ZVI）具有强还原性和高反应活性,在修复抗生素污染和提高厌氧发酵效率方面具有优越性能。因此,本文将n ZVI添加入牛粪厌氧发酵过程,研究了不同浓度(0、80和160 mg·L-1)的n ZVI对厌氧发酵产气、ARGs、移动基因元件（Mobile genetic elements,MGEs）和微生物群落的影响,分析了ARGs与MGEs、微生物群落、环境因子之间的关系,探究了n ZVI对ARGs赋存状况产生影响的主要因素。主要结果和结论如下:（1）n ZVI的添加增加了厌氧发酵甲烷产量,添加80 mg·L-1与160 ...
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第二章纳米零价铁对厌氧发酵产气的影响132.1材料与方法2.1.1试验设计本研究中的发酵原料为牛粪，来自陕西杨凌当地农场，养殖规模为800头牲畜。nZVI从北京德科岛津科技有限公司（中国）获得，利用透射电子显微镜(TEM)观测其微观结构（图2-1）。根据nZVI对于抗生素污染废水中抗生素的去除效率及其对微生物活性的影响，选择80和160mg·L-1的nZVI添加量，具体试验处理设置见表2-1。80mg·L-1的nZVI对抗生素污染废水具有较高的抗生素去除能力（Fangetal.2011a）。但是，当剂量超过200mg·L-1时，nZVI会对环境中的微生物活性产生不利影响（Wuetal.2013）。表2-1试验处理设置Table2-1Treatments试验处理纳米零价铁添加量（mg/L）CK0N8080N1601602.1.2试验装置消化反应器包括45个相同的500mL锥形瓶，工作体积为400mL，进行毁瓶试验。粪便和蒸馏水混合，以取自牛粪中温厌氧发酵30天的产物作为接种物，调至总固体含量为8%，体系中含牛粪干重25.6g和接种物80mL。试验设置在中温发酵条件（35℃）下进行，向厌氧发酵反应器中充N2保持初始厌氧环境，反应器均在生化培养箱中恒温培养，每个处理设置三个重复，并每天手动混合一次（Songetal.2017）。采用排水法测量每天沼气产量，所用的厌氧发酵装置如图2-2所示。图2-1纳米零价铁TEM图像Figure2-1TEMimagesofNano-zerovalentiron
西北农林科技大学硕士学位论文14图2-2厌氧反应器装置图（1-厌氧消化反应器；2-采气口；3-集气瓶；4-排水法集水瓶）Figure2-2Diagramofanaerobicreactor（1-Anaerobicdigestionreactor;2-Gasextractionport;3-Gascollectionbottle;4-Watercollectionbottle）表2-2试验牛粪和接种物理化性质Table2-2Charactersofrawmaterialcattlemanureandinoculum总固体含量TS(%)VS/TS(%)pHC/N比牛粪Cattlemanure13.9572.37.5625.3接种物inoculum8.449.17.3220.12.1.3样品采集厌氧发酵反应器运行时间为43天，当甲烷日产量少于累积甲烷产量的1%时终止厌氧发酵过程（Suietal.2018）。取样时间为第0、6、16、30和43天，取出的样品转移到离心管中，离心（5000rpm，15分钟）。上清液用于测定pH、NH4+-N、NO3--N和VFAs含量。日沼气产量采用排水法测定，用集气袋收集产气，后续进行甲烷和CO2气体浓度的测定。2.1.4样品测定使用配备有火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）的气相色谱仪（7890A气相色谱仪；安捷伦，美国）测量甲烷含量。柱和检测器的温度分别设定为50℃和250℃。氮气（N2,99.999%）作为载气，同时保持流速为25mL·min-1。将上清液用6MHCl酸化以将pH降低至3以下，并通过0.22-m膜过滤以测量VFA。使用FID和FFAP色谱柱通过气相色谱法（GC-2010PLUS，Shimadzu，日本）测定上清液中VFAs的浓度，包括乙酸，丙酸，丁酸，戊酸和异戊酸。喷射器温度为220℃，检测器温度为250℃。温度程序从100℃（0分钟）开始，然后以8℃·min-1的速度加热到150℃。载气是氦气，1423
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳基材料对餐厨垃圾厌氧消化效率和微生物群落的影响研究进展[J]. 马佳莹,汪冰寒,乔子茹,谢冰. 应用与环境生物学报. 2020(03)
[2]秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化中微生物群落的影响[J]. 唐涛涛,李江,杨爱江,杨钊,向福亮,袁华宇. 化工进展. 2020(02)
[3]Abundance of antibiotic resistance genes and their association with bacterial communities in activated sludge of wastewater treatment plants: Geographical distribution and network analysis[J]. Haihan Zhang,Huiyan He,Shengnan Chen,Tinglin Huang,Kuanyu Lu,Zhonghui Zhang,Rong Wang,Xueyao Zhang,Hailong Li. Journal of Environmental Sciences. 2019(08)
[4]微量元素对蔬菜废弃物连续厌氧消化系统微生物群落结构的影响[J]. 孙娟,李东,郑涛,刘晓风,陈琳,何明阳. 应用与环境生物学报. 2019(01)
[5]畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析[J]. 支苏丽,周婧,赵润,杨凤霞,张克强. 农业工程学报. 2019(01)
[6]Fe2（SO4）3对稻秆和猪粪混合厌氧发酵产气的影响[J]. 范信生,刘春软,李玉成,张学胜,王宁. 安全与环境学报. 2018(03)
[7]土壤中抗生素抗性基因的分布及迁移转化[J]. 张宁,李淼,刘翔. 中国环境科学. 2018(07)
[8]纳米零价铁（NZVI）对厌氧产甲烷活性、污泥特性和微生物群落结构的影响[J]. 苏润华,丁丽丽,任洪强. 环境科学. 2018(07)
[9]纳米零价铁在土壤修复中的应用[J]. 张蒋维. 工程建设与设计. 2017(22)
[10]正确看待养殖业中抗生素的使用[J]. 许琳. 养禽与禽病防治. 2017(07)
博士论文
[1]健康人群肠道中低丰度拟杆菌的筛选及生理作用研究[D]. 谭惠子.江南大学 2019
[2]畜禽粪便厌氧发酵过程中抗生素抗性基因变化机理研究[D]. 孙薇.西北农林科技大学 2017
硕士论文
[1]煤气化渣对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因和微生物群落的影响[D]. 刘家瑶.西北农林科技大学 2019
[2]农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用过程碳氮变化研究[D]. 刘烨.武汉轻工大学 2018
[3]纳米级零价铁对水中氯霉素的去除研究[D]. 刘雪.华东师范大学 2018
[4]蘑菇菌糠与牛粪、餐厨垃圾厌氧共发酵产甲烷潜力及熟化特性[D]. 罗晓莎.中国农业大学 2018
[5]畜禽粪便中抗生素及抗性基因的消减研究[D]. 张锦.浙江农林大学 2018
[6]纳米零价铁去除地下水中六价铬和三氯乙烯的效能和机制研究[D]. 何琦.湖南大学 2017
[7]餐厨垃圾厌氧发酵过程的影响因素研究[D]. 王巧玲.南京大学 2012
本文编号：3116987
【文章来源】：西北农林科技大学陕西省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
技术路线图
第二章纳米零价铁对厌氧发酵产气的影响132.1材料与方法2.1.1试验设计本研究中的发酵原料为牛粪，来自陕西杨凌当地农场，养殖规模为800头牲畜。nZVI从北京德科岛津科技有限公司（中国）获得，利用透射电子显微镜(TEM)观测其微观结构（图2-1）。根据nZVI对于抗生素污染废水中抗生素的去除效率及其对微生物活性的影响，选择80和160mg·L-1的nZVI添加量，具体试验处理设置见表2-1。80mg·L-1的nZVI对抗生素污染废水具有较高的抗生素去除能力（Fangetal.2011a）。但是，当剂量超过200mg·L-1时，nZVI会对环境中的微生物活性产生不利影响（Wuetal.2013）。表2-1试验处理设置Table2-1Treatments试验处理纳米零价铁添加量（mg/L）CK0N8080N1601602.1.2试验装置消化反应器包括45个相同的500mL锥形瓶，工作体积为400mL，进行毁瓶试验。粪便和蒸馏水混合，以取自牛粪中温厌氧发酵30天的产物作为接种物，调至总固体含量为8%，体系中含牛粪干重25.6g和接种物80mL。试验设置在中温发酵条件（35℃）下进行，向厌氧发酵反应器中充N2保持初始厌氧环境，反应器均在生化培养箱中恒温培养，每个处理设置三个重复，并每天手动混合一次（Songetal.2017）。采用排水法测量每天沼气产量，所用的厌氧发酵装置如图2-2所示。图2-1纳米零价铁TEM图像Figure2-1TEMimagesofNano-zerovalentiron
西北农林科技大学硕士学位论文14图2-2厌氧反应器装置图（1-厌氧消化反应器；2-采气口；3-集气瓶；4-排水法集水瓶）Figure2-2Diagramofanaerobicreactor（1-Anaerobicdigestionreactor;2-Gasextractionport;3-Gascollectionbottle;4-Watercollectionbottle）表2-2试验牛粪和接种物理化性质Table2-2Charactersofrawmaterialcattlemanureandinoculum总固体含量TS(%)VS/TS(%)pHC/N比牛粪Cattlemanure13.9572.37.5625.3接种物inoculum8.449.17.3220.12.1.3样品采集厌氧发酵反应器运行时间为43天，当甲烷日产量少于累积甲烷产量的1%时终止厌氧发酵过程（Suietal.2018）。取样时间为第0、6、16、30和43天，取出的样品转移到离心管中，离心（5000rpm，15分钟）。上清液用于测定pH、NH4+-N、NO3--N和VFAs含量。日沼气产量采用排水法测定，用集气袋收集产气，后续进行甲烷和CO2气体浓度的测定。2.1.4样品测定使用配备有火焰离子化检测器（flameionizationdetector,FID）的气相色谱仪（7890A气相色谱仪；安捷伦，美国）测量甲烷含量。柱和检测器的温度分别设定为50℃和250℃。氮气（N2,99.999%）作为载气，同时保持流速为25mL·min-1。将上清液用6MHCl酸化以将pH降低至3以下，并通过0.22-m膜过滤以测量VFA。使用FID和FFAP色谱柱通过气相色谱法（GC-2010PLUS，Shimadzu，日本）测定上清液中VFAs的浓度，包括乙酸，丙酸，丁酸，戊酸和异戊酸。喷射器温度为220℃，检测器温度为250℃。温度程序从100℃（0分钟）开始，然后以8℃·min-1的速度加热到150℃。载气是氦气，1423
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳基材料对餐厨垃圾厌氧消化效率和微生物群落的影响研究进展[J]. 马佳莹,汪冰寒,乔子茹,谢冰. 应用与环境生物学报. 2020(03)
[2]秸秆类型及配比变化对污泥厌氧消化中微生物群落的影响[J]. 唐涛涛,李江,杨爱江,杨钊,向福亮,袁华宇. 化工进展. 2020(02)
[3]Abundance of antibiotic resistance genes and their association with bacterial communities in activated sludge of wastewater treatment plants: Geographical distribution and network analysis[J]. Haihan Zhang,Huiyan He,Shengnan Chen,Tinglin Huang,Kuanyu Lu,Zhonghui Zhang,Rong Wang,Xueyao Zhang,Hailong Li. Journal of Environmental Sciences. 2019(08)
[4]微量元素对蔬菜废弃物连续厌氧消化系统微生物群落结构的影响[J]. 孙娟,李东,郑涛,刘晓风,陈琳,何明阳. 应用与环境生物学报. 2019(01)
[5]畜禽粪便厌氧发酵过程抗生素抗性基因归趋及驱动因子分析[J]. 支苏丽,周婧,赵润,杨凤霞,张克强. 农业工程学报. 2019(01)
[6]Fe2（SO4）3对稻秆和猪粪混合厌氧发酵产气的影响[J]. 范信生,刘春软,李玉成,张学胜,王宁. 安全与环境学报. 2018(03)
[7]土壤中抗生素抗性基因的分布及迁移转化[J]. 张宁,李淼,刘翔. 中国环境科学. 2018(07)
[8]纳米零价铁（NZVI）对厌氧产甲烷活性、污泥特性和微生物群落结构的影响[J]. 苏润华,丁丽丽,任洪强. 环境科学. 2018(07)
[9]纳米零价铁在土壤修复中的应用[J]. 张蒋维. 工程建设与设计. 2017(22)
[10]正确看待养殖业中抗生素的使用[J]. 许琳. 养禽与禽病防治. 2017(07)
博士论文
[1]健康人群肠道中低丰度拟杆菌的筛选及生理作用研究[D]. 谭惠子.江南大学 2019
[2]畜禽粪便厌氧发酵过程中抗生素抗性基因变化机理研究[D]. 孙薇.西北农林科技大学 2017
硕士论文
[1]煤气化渣对厌氧发酵过程中抗生素抗性基因和微生物群落的影响[D]. 刘家瑶.西北农林科技大学 2019
[2]农业废弃物厌氧发酵及沼肥利用过程碳氮变化研究[D]. 刘烨.武汉轻工大学 2018
[3]纳米级零价铁对水中氯霉素的去除研究[D]. 刘雪.华东师范大学 2018
[4]蘑菇菌糠与牛粪、餐厨垃圾厌氧共发酵产甲烷潜力及熟化特性[D]. 罗晓莎.中国农业大学 2018
[5]畜禽粪便中抗生素及抗性基因的消减研究[D]. 张锦.浙江农林大学 2018
[6]纳米零价铁去除地下水中六价铬和三氯乙烯的效能和机制研究[D]. 何琦.湖南大学 2017
[7]餐厨垃圾厌氧发酵过程的影响因素研究[D]. 王巧玲.南京大学 2012
本文编号：3116987
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