秸秆基质协同污泥好氧堆肥及资源化利用中抗生素抗性基因风险研究
发布时间：2021-06-07 07:46
好氧堆肥是处理污泥、秸秆等有机固体废物并使之资源化的一项重要技术。抗生素抗性基因（ARGs）等新型污染物的存在及其潜在风险对污泥堆肥及资源化利用提出了更高要求。无论是从有机固体废弃物资源化的角度考虑,还是从减少固体废弃物环境污染的问题出发,以农业废弃物添加对污泥堆肥的腐熟效果,及其堆肥、产物利用过程ARGs传播问题都值得关注。本论文从传统农业废弃物与污泥堆肥腐熟效果较差这一实际问题出发,拟开展以秸秆基质协同污泥堆肥的效果评价,并揭示好氧堆肥过程中ARGs削减的关键因素,同时阐明秸秆基质协同污泥堆肥产物利用过程中ARGs在土壤—植物体系传播风险及驱动机制。主要研究结论如下:1、运用发酵基质返混实现秸秆好氧堆肥快速运行。秸秆基质返混堆肥的温度在初始阶段迅速上升,并于第3天进入嗜热阶段（≥45℃）且维持了5天时间,松结态胡敏酸和稳结态胡敏酸含量在腐熟阶段显著增加（P<0.05）,分别由7.72±0.31 g/kg和0.72±0.15 g/kg增加到18.64±0.05 g/kg和14.68±0.29 g/kg。秸秆基质返混堆肥过程中出现了四个优势菌门（Firmicutes,Proteo...
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗生素在革兰氏阴性细菌中的抗性机理[67]
华东师范大学博士论文第1章81.2.2市政污泥的处理现状市政污泥是城镇污水处理厂中不同处理工序的固、液物质的混合体。据我国统计年鉴统计，2017年底我国城镇污水处理厂产生剩余污泥量约为5000余万吨[74]。这些污泥中不仅含有大量微生物生长所需的氮、磷等元素及蛋白质物质，还往往累积着污水处理和污泥脱水过程中的有毒有害物质，如重金属、化学添加剂、持久性有机污染物和抗生素等。这些有害物质如处理不当或未经处理而直接进入环境中，势必对土壤、水体等造成威胁[75]。随着“水十条”的实施，我国市政污泥处理处置面临着新的挑战和机遇。图1.2我国污泥处理现状Figure1.2PresentsituationofsludgetreatmentinChina在我国，对于污泥的处理有多种方式，包括：填埋（占66%）、土地利用（占13%）、焚烧（占6%）、建材利用（占4%）及其他（占11%）[76]（图1.2）。其中，填埋仍然是我国污泥处理的主要方式，该操作工艺简单、成本低，但占地面积大，且填埋过程中比较容易因管理不到位造成渗滤液渗漏导致地下水体污染和散发的臭味造成大气污染。尽管填埋可以暂时处理污泥，而该方法不能消除污染，具有较为严重的环境安全隐患，已逐渐不被大众所接受。焚烧可以较为彻底的处理市政污泥，该方法能破环病原体和有机物质，大幅降低污泥的体积，但其不足之处为在焚烧过程中产生的灰分较多且会产生二次污染，处理成本高，无法大面积推广。土地利用主要是指把污泥作为土壤改良剂或肥料进入土壤，从而对土壤性质进行改善，以提高土壤的肥力。其原因是污泥含有大量氮、磷等植物生长有利的营养元素。根据我国的实际情况，污泥的土地利用是现阶段适合我国国情的处
华东师范大学博士论文第1章12些微生物一般可以在植物组织、植物的气生组分中（叶境），以及在植物根的地下（根际）进行定植[8]。作为植物的第二基因组，植物微生物组可以影响植物的表型，如生长和对病原体、害虫和环境胁迫的耐受性[103,104]。在农业用地上施用污泥堆肥等有机肥是循环利用养分和提高作物产量的普遍做法，但也是传播ARGs的一种主要代表性途径（图1.3）[8]：施有机肥可直接增加土壤ARB，植物微生物组作为连接土壤微生物和人类微生物的桥梁，可将ARGs经食物链传给人类。可见，有机肥的施用加速了ARGs通过植物向人类传播的风险。因此，优化有机固体废弃物的处理处置方式以削减ARGs残留量成为农业发展及废物资源化利用迫在眉睫的问题[105]。图1.3施有机肥对植物微生物抗性的影响示意图[8]Figure1.3Diagramoftheeffectsoftheapplicationoforganicfertilizerontheresistanceofplantmicroorganisms目前，有关抗生素抗性在植物中的迁移和传播的报道还比较少。植物可通过根部效应影响根系附近的土壤微生物，而植物根际被认为是耐药或耐抗生素细菌扩增的聚集地[106]。这些微生物可以通过水平基因转移，向植物的内生菌提供ARGs。这些内生菌在植物组织中长期定植（至少一个生命周期）[107]。部分内生菌（如：Salmonellaspp.）与人类病原体或机会性人类病原体密切相关[108]，并且可以获得土壤中的ARGs[109]。尤其是可生食蔬菜中定植的微生物不能通过清洗
【参考文献】：
期刊论文
[1]全规模原水生物膜预处理系统细菌结构特征[J]. 徐一兰,陆东辉,阳广凤,朱亮,周华峰,蒋跃杰. 应用与环境生物学报. 2019(02)
[2]四环素对大肠杆菌抗生素抗性基因进化的影响[J]. 赖晓琳,吴平霄,阮博. 环境科学学报. 2019(08)
[3]大肠杆菌ABC转运体研究进展[J]. 冯振月,刘德福,崔玉东. 中国人兽共患病学报. 2018(10)
[4]城镇污水处理厂污泥稳定化处理的必要性和迫切性的思考[J]. 戴晓虎. 给水排水. 2017(12)
[5]超高温自发热好氧堆肥工艺处理剩余污泥[J]. 薛兆骏,周国亚,俞肖峰,王洪春,王耀元,郑大为,贾方旭,黄宇,王淑莹,彭永臻. 中国环境科学. 2017(09)
[6]农作物秸秆基质化利用技术研究进展[J]. 范如芹,罗佳,严少华,卢信,刘丽珠,张振华. 生态与农村环境学报. 2016(03)
[7]种子发芽试验在低碳氮比堆肥腐熟度评价方面的适用性[J]. 罗渊,袁京,李国学,李恕艳,江滔,谭钧,邢文军. 农业环境科学学报. 2016(01)
[8]以秸秆为基质的发酵制肥技术研究[J]. 王富生. 环境卫生工程. 2014(01)
[9]微生物菌剂对以猪粪和香菇菌渣为原料的快速堆肥过程的影响[J]. 田伟,刘明庆,席运官. 江苏农业科学. 2013(06)
[10]小葱（Allium ascalonicum L.）的染色体多态性研究[J]. 陈玲玲,张珍珍,赵露露,梁莉,敖成齐. 热带作物学报. 2011(12)
博士论文
[1]好氧堆肥对畜禽粪便中抗生素抗性基因的削减条件探索及影响机理研究[D]. 钱勋.西北农林科技大学 2016
硕士论文
[1]绿茶和葱属蔬菜的摄入降低结直肠癌的发病风险：一项基于医院的病例对照研究[D]. 吴鑫.中国医科大学 2019
[2]园林绿化废弃物堆腐过程中H2S和NH3的释放和控制研究[D]. 郝利峰.北京林业大学 2012
本文编号：3216179
【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：154 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗生素在革兰氏阴性细菌中的抗性机理[67]
华东师范大学博士论文第1章81.2.2市政污泥的处理现状市政污泥是城镇污水处理厂中不同处理工序的固、液物质的混合体。据我国统计年鉴统计，2017年底我国城镇污水处理厂产生剩余污泥量约为5000余万吨[74]。这些污泥中不仅含有大量微生物生长所需的氮、磷等元素及蛋白质物质，还往往累积着污水处理和污泥脱水过程中的有毒有害物质，如重金属、化学添加剂、持久性有机污染物和抗生素等。这些有害物质如处理不当或未经处理而直接进入环境中，势必对土壤、水体等造成威胁[75]。随着“水十条”的实施，我国市政污泥处理处置面临着新的挑战和机遇。图1.2我国污泥处理现状Figure1.2PresentsituationofsludgetreatmentinChina在我国，对于污泥的处理有多种方式，包括：填埋（占66%）、土地利用（占13%）、焚烧（占6%）、建材利用（占4%）及其他（占11%）[76]（图1.2）。其中，填埋仍然是我国污泥处理的主要方式，该操作工艺简单、成本低，但占地面积大，且填埋过程中比较容易因管理不到位造成渗滤液渗漏导致地下水体污染和散发的臭味造成大气污染。尽管填埋可以暂时处理污泥，而该方法不能消除污染，具有较为严重的环境安全隐患，已逐渐不被大众所接受。焚烧可以较为彻底的处理市政污泥，该方法能破环病原体和有机物质，大幅降低污泥的体积，但其不足之处为在焚烧过程中产生的灰分较多且会产生二次污染，处理成本高，无法大面积推广。土地利用主要是指把污泥作为土壤改良剂或肥料进入土壤，从而对土壤性质进行改善，以提高土壤的肥力。其原因是污泥含有大量氮、磷等植物生长有利的营养元素。根据我国的实际情况，污泥的土地利用是现阶段适合我国国情的处
华东师范大学博士论文第1章12些微生物一般可以在植物组织、植物的气生组分中（叶境），以及在植物根的地下（根际）进行定植[8]。作为植物的第二基因组，植物微生物组可以影响植物的表型，如生长和对病原体、害虫和环境胁迫的耐受性[103,104]。在农业用地上施用污泥堆肥等有机肥是循环利用养分和提高作物产量的普遍做法，但也是传播ARGs的一种主要代表性途径（图1.3）[8]：施有机肥可直接增加土壤ARB，植物微生物组作为连接土壤微生物和人类微生物的桥梁，可将ARGs经食物链传给人类。可见，有机肥的施用加速了ARGs通过植物向人类传播的风险。因此，优化有机固体废弃物的处理处置方式以削减ARGs残留量成为农业发展及废物资源化利用迫在眉睫的问题[105]。图1.3施有机肥对植物微生物抗性的影响示意图[8]Figure1.3Diagramoftheeffectsoftheapplicationoforganicfertilizerontheresistanceofplantmicroorganisms目前，有关抗生素抗性在植物中的迁移和传播的报道还比较少。植物可通过根部效应影响根系附近的土壤微生物，而植物根际被认为是耐药或耐抗生素细菌扩增的聚集地[106]。这些微生物可以通过水平基因转移，向植物的内生菌提供ARGs。这些内生菌在植物组织中长期定植（至少一个生命周期）[107]。部分内生菌（如：Salmonellaspp.）与人类病原体或机会性人类病原体密切相关[108]，并且可以获得土壤中的ARGs[109]。尤其是可生食蔬菜中定植的微生物不能通过清洗
【参考文献】：
期刊论文
[1]全规模原水生物膜预处理系统细菌结构特征[J]. 徐一兰,陆东辉,阳广凤,朱亮,周华峰,蒋跃杰. 应用与环境生物学报. 2019(02)
[2]四环素对大肠杆菌抗生素抗性基因进化的影响[J]. 赖晓琳,吴平霄,阮博. 环境科学学报. 2019(08)
[3]大肠杆菌ABC转运体研究进展[J]. 冯振月,刘德福,崔玉东. 中国人兽共患病学报. 2018(10)
[4]城镇污水处理厂污泥稳定化处理的必要性和迫切性的思考[J]. 戴晓虎. 给水排水. 2017(12)
[5]超高温自发热好氧堆肥工艺处理剩余污泥[J]. 薛兆骏,周国亚,俞肖峰,王洪春,王耀元,郑大为,贾方旭,黄宇,王淑莹,彭永臻. 中国环境科学. 2017(09)
[6]农作物秸秆基质化利用技术研究进展[J]. 范如芹,罗佳,严少华,卢信,刘丽珠,张振华. 生态与农村环境学报. 2016(03)
[7]种子发芽试验在低碳氮比堆肥腐熟度评价方面的适用性[J]. 罗渊,袁京,李国学,李恕艳,江滔,谭钧,邢文军. 农业环境科学学报. 2016(01)
[8]以秸秆为基质的发酵制肥技术研究[J]. 王富生. 环境卫生工程. 2014(01)
[9]微生物菌剂对以猪粪和香菇菌渣为原料的快速堆肥过程的影响[J]. 田伟,刘明庆,席运官. 江苏农业科学. 2013(06)
[10]小葱（Allium ascalonicum L.）的染色体多态性研究[J]. 陈玲玲,张珍珍,赵露露,梁莉,敖成齐. 热带作物学报. 2011(12)
博士论文
[1]好氧堆肥对畜禽粪便中抗生素抗性基因的削减条件探索及影响机理研究[D]. 钱勋.西北农林科技大学 2016
硕士论文
[1]绿茶和葱属蔬菜的摄入降低结直肠癌的发病风险：一项基于医院的病例对照研究[D]. 吴鑫.中国医科大学 2019
[2]园林绿化废弃物堆腐过程中H2S和NH3的释放和控制研究[D]. 郝利峰.北京林业大学 2012
本文编号：3216179
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