污水中抗生素抗性菌及抗性基因的去除技术

生态环境学报2018,27(11):2163-2169http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：国家自然科学基金项目（41301545）作者简介：陈蕾（1985年生），女，副教授，博士，从事抗生素及抗性基因的生态风险与污染控制研究。E-mail:chenlei_njfu@163.com收稿日期：2018-07-02污水中抗生素抗性菌及抗性基因的去除技术陈蕾1，George(Zhi)ZHOU21.南京林业大学土木工程学院，江苏南京210037；2.美国普渡大学土木工程学院，美国印第安纳州47906摘要：环境中抗性细菌（ARB）及抗性基因（ARG）的污染严重威胁着人类的健康与生态安全，而城镇污水是抗性菌和抗性基因主要的“汇”和“源”，常规的污水处理工艺并不能有效去除抗性菌和抗性基因，因此寻求高效的抗性菌和抗性基因的去除技术是控制环境中抗性基因的污染与传播的重要途径。通过综述近年污水中抗性菌及抗性基因去除技术的研究进展，可为完善污水厂现有的处理工艺以及研发高效的抗性菌及抗性基因的去除技术提供一定的思路。污水中抗生素抗性菌及抗性基因控制技术主要包括生物处理工艺、消毒工艺及高级氧化处理技术等。污水厂的生物处理工艺对抗性菌和抗性基因的消除具有一定的作用，但是污泥中富集了大量的抗性菌和抗性基因，直接排放或再利用将产生二次污染。氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒工艺对抗性菌的去除效果很好，但只有在很高剂量时才对抗性基因产生显著的去除作用。同时，生物处理和消毒工艺都会增加抗性基因传播的风险。高级氧化处理技术，包括TiO2光催化、UV/H2O2、Fenton等不仅能高效去除抗性菌和抗性基因，而且能有效控制抗性基因的传播，将是今后发展与应用的重要方向。今后仍需深入研究生物处理工艺中污泥的有效处置以及水力、水质参数对抗性基因转移的影响与机制；开发组合型的消毒工艺；研究TiO2的固定化工艺、电化学高级氧化、硫酸根自由基氧化等技术以及多工艺的联合处理技术，以高效去除抗性菌和抗性基因，同时尽可能地减少抗性基因的传播。关键词：抗性菌；抗性基因；生物处理；消毒工艺；高级氧化技术DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2018.11.025中图分类号：X703.1文献标志码：A文章编号：1674-5906（2018）11-2163-07引用格式：陈蕾,George(Zhi)ZHOU,2018.污水中抗生素抗性菌及抗性基因的去除技术[J].生态环境学报,27(11):2163-2169.CHENLei,ZHOUGeorge(Zhi),2018.Removaltechniquesofantibioticresistantbacteriaandresistantgenesinsewage[J].EcologyandEnvironmentalSciences,27(11):2163-2169.抗生素自被发现以来被广泛应用于人类医疗及畜禽与水产养殖业，给人类带来了诸多益处。然而，因滥用抗生素导致的抗性细菌（ARB）及抗性基因（ARG）污染正威胁着人类健康与生态安全，已引起全球的高度关注。据估算，每年因抗生素抗性菌引起的死亡人数在美国至少达23000人，欧洲将近25000人，而欠发达国家则更多（Vikeslandetal.，2017）。细菌通过自身突变或抗性基因的水平转移等途径获得抗性基因，进而通过改变药物作用靶位、主动外排药物、产生抗菌药物钝化或灭活酶、改变孔蛋白阻止抗生素渗透或改变药物代谢途径等机制对抗生素产生抗性（Bengtsson-Palmeetal.，2018）。抗性菌中携带抗性基因的质粒、转座子、整合子等载体又能通过基因的转化、转导、接合和转座等方式在环境中进行传播扩散，即使抗性菌死亡，其携带抗性基因的裸露DNA也会在环境中长期存在（Davies，1994）。虽然细菌在自然条件下就能产生抗生素抗性基因，但是持久性存在的低浓度抗生素对细菌产生选择压力，使被抗生素污染的环境介质中抗性菌及抗性基因的水平远远高于环境背景值（Bengtsson-Palmeetal.，2018）。目前，中国及其他国家的养殖场废水、医疗废水、污水处理厂各级出水、地表水、底泥、土壤及大气中均检测到了抗生素抗性菌和抗性基因的污染（Storteboometal.，2010；Guoetal.，2014；Czekalskietal.，2015；Lietal.，2015；沈怡雯等，2015；Bougnometal.，2017）。城镇污水处理系统汇集了居民生活、工业生产、农业生产、医疗卫生等各方面的废水，将多种类型的抗性基因混合、转移和传播，使抗性基因在污水和污泥中广泛分布，