污水中耐藥菌處理技術(shù)研究現(xiàn)狀

呂豐宏 竇夢(mèng)雪 林紀(jì)鵬 胡錦昆 胡迪 陳松 宋奇 張宇 金明蘭 閆博佼

摘 要：由于長(zhǎng)期濫用抗生素導(dǎo)致細(xì)菌耐藥性增強(qiáng)，使其產(chǎn)生抗性并廣泛傳播。 污水處理廠既是儲(chǔ)存耐藥菌（antibiotic resistance bacteria，ARB） 與抗性基因（antibiotic resistance gene， ARG）的場(chǎng)所，排放的污水與污泥中含有大量的ARB和ARG，也可以通過技術(shù)處理來減少 ARB 和 ARG ，并控制其抗性傳播。本文總結(jié)了自然水體中的耐藥菌和抗性基因污染近況，闡發(fā)了近年來耐藥菌與抗性基因在污水處理過程當(dāng)中的轉(zhuǎn)歸與去除方面的鉆研進(jìn)展，同時(shí)對(duì)未來的重點(diǎn)鉆研標(biāo)的目的提出瞻望，以期為此后耐藥菌和抗性基因的污染控制供給參考。

關(guān)鍵詞：耐藥菌；抗性基因；污水處理；污泥處理

抗生素是一種常用的畜藥和生長(zhǎng)促進(jìn)劑，廣泛應(yīng)用于防治動(dòng)物及水產(chǎn)品的疾病感染[1]。我國(guó)是世界上四環(huán)素類抗生素的生產(chǎn)、使用和銷售大國(guó)。由于四環(huán)素類抗生素的廣泛使用，污水中的細(xì)菌在抗生素選擇壓力下產(chǎn)生了耐藥性[2]。抗生素廣泛用于人類和動(dòng)物的疾病防治或動(dòng)物的促進(jìn)生長(zhǎng)，但是濫用抗生素會(huì)對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生很大的潛在威脅，危害環(huán)境及人類的健康，所以抗生素處理技術(shù)的研究就顯得尤為重要。

1、抗生素的分布

在國(guó)內(nèi)，地表水、養(yǎng)殖場(chǎng)、海洋中都檢測(cè)到抗生素的殘留。不同的水域之間，抗生素的殘留量有很大的差別。其中養(yǎng)殖場(chǎng)因?yàn)闉E用抗生素引起的廢水中的抗生素含量最高，抗生素抗性菌株耐藥性高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)疾病患者有70%會(huì)選擇抗生素來治療，遠(yuǎn)高于西方國(guó)家的平均水平。

2、抗生素的抗性及細(xì)菌的耐藥性

抗生素的主要目標(biāo)是為了殺死一些致病性細(xì)菌，當(dāng)生物體內(nèi)或情況中殘留了大量的抗生素時(shí)，必定也會(huì)對(duì)一些具備不異或近似靶器官、構(gòu)造或細(xì)胞的低等生物發(fā)生必然的風(fēng)險(xiǎn)。濫用抗生素會(huì)誘發(fā)細(xì)菌耐藥，抗生素能殺死的致病菌將越來越少。抗生素也會(huì)損害人體器官，影響內(nèi)臟的功能，也可能造成二次感染[3]。細(xì)菌是通過改變藥物作用靶位、主動(dòng)外排藥物機(jī)制、產(chǎn)生抗菌藥物鈍化或滅活酶、改變孔蛋白阻止抗生素滲透、改變藥物代謝途徑等機(jī)制對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性[6]。而這種耐藥性是可遺傳的，若一直濫用抗生素而不加以節(jié)制，可以預(yù)見將來會(huì)面臨無藥可醫(yī)的地步。所以，我們不僅要遏制對(duì)抗生素的濫用，還要盡快研究出處理凈化抗生素的方法。

3、對(duì)耐藥菌的處理

耐藥性細(xì)菌的主要耐藥機(jī)制可歸結(jié)為如下幾大類：產(chǎn)生滅活的酶或鈍化的酶；抗生素的滲透作用；主動(dòng)外排系統(tǒng)的耐藥機(jī)制；改變抗生素的靶位點(diǎn)結(jié)合；可以通過改變代謝底物或代謝途徑，從而對(duì)磺胺類和甲氧嘧啶產(chǎn)生耐藥性。城市污水處理廠作為水循環(huán)和水污染控制的重要節(jié)點(diǎn)，對(duì)常規(guī)污染物的去除發(fā)揮了重要作用，但對(duì)耐藥菌的關(guān)注較少。各種耐藥菌可能隨著處理后排放出水、污水污泥進(jìn)入水環(huán)境，從而給水生生物和人類帶來二次污染[4]。

4、城市污水處理工藝的比較

城市污水處理工藝包括氧化溝、AO和AAO等。氧化溝是活性污泥法的一種變型。與其他傳統(tǒng)的活性污泥法相比，氧化溝具有工藝流程簡(jiǎn)單，運(yùn)行操作方便，出水水質(zhì)較好，工藝可靠性強(qiáng)，基礎(chǔ)建設(shè)和運(yùn)行管理費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)[5]。盡管氧化溝工藝具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是在實(shí)際的運(yùn)行過程中，它仍存在污泥膨脹問題、泡沫問題、污泥上浮問題、流速不均及污泥沉積問題等方面的問題，造成污水在氧化溝中流速不均，降低處理效果，影響出水的水質(zhì)。AO和AAO工藝也各自存在著優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，詳見表1。

表1 AO工藝和AAO工藝的比較

5、展望

盡管近年來眾多研究者對(duì)污水處理過程中 ARB 與 ARG 展開了大量研究，但存在著大量的問題，今后研究重點(diǎn)對(duì)污水、污泥對(duì)環(huán)境微生物抗性增加的影響研究進(jìn)行加強(qiáng)，如污水、污泥中細(xì)菌抗性與環(huán)境中抗生素殘余量、外來介入的耐藥菌量之間的關(guān)系[6]；對(duì)污水、污泥處理過程中 ARB 與 ARG 的傳播機(jī)制與影響因素的研究進(jìn)行拓展，如有針對(duì)性地分析各種抗性基因的傳播途徑，與耐藥菌種類、微生物群落結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而為研發(fā)有效抑制污水、污泥中抗性基因水平轉(zhuǎn)移的控制方法提供科學(xué)依據(jù)[7]；在滿足污水處理過程中常規(guī)污染物處理效果的同時(shí)，優(yōu)化工藝參數(shù)及其運(yùn)行條件；根據(jù)抗性傳播機(jī)制，結(jié)合控制抗性傳播的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，有針對(duì)性地研發(fā)新的污水處理工藝，提高 ARB 與 ARG 的削減效果。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 金明蘭，劉凱，徐瑩瑩，等. 污水處理廠中磺胺類抗生素、抗性菌、抗性基因的特性[J].環(huán)境工程， 2015，33（11）： 1-4.

[4] 王阿榮. 天蠶素抗菌肽對(duì)斷奶仔豬和母豬生產(chǎn)性能的影響[D]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)， 2011.

[5] 張明美. 污水處理系統(tǒng)中抗生素抗性基因污染研究[D]. 浙江大學(xué)， 2013.

[6]Yang Xin，F(xiàn)lowers Riley C，Weinberg Howard S，et al. Occurrenceand removal of pharmaceuticals and personal care products （PPCPs）in an advanced wastewater reclamation plant[J]. Water Research，2011，45（6）：5218-5228.

[7]張斐. 城市污水處理系統(tǒng)中多重耐藥性細(xì)菌和耐藥基因的研究[D]. 河南師范大學(xué)， 2016.

項(xiàng)目： 大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2017S11061）