污水中抗生素抗性菌及抗性基因的去除技術(shù)

陳蕾，George (Zhi) ZHOU

1. 南京林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2. 美國(guó)普渡大學(xué)土木工程學(xué)院，美國(guó) 印第安納州 47906

抗生素自被發(fā)現(xiàn)以來(lái)被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)醫(yī)療及畜禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，給人類(lèi)帶來(lái)了諸多益處。然而，因?yàn)E用抗生素導(dǎo)致的抗性細(xì)菌（ARB）及抗性基因（ARG）污染正威脅著人類(lèi)健康與生態(tài)安全，已引起全球的高度關(guān)注。據(jù)估算，每年因抗生素抗性菌引起的死亡人數(shù)在美國(guó)至少達(dá)23000人，歐洲將近25000人，而欠發(fā)達(dá)國(guó)家則更多（Vikesland et al.，2017）。細(xì)菌通過(guò)自身突變或抗性基因的水平轉(zhuǎn)移等途徑獲得抗性基因，進(jìn)而通過(guò)改變藥物作用靶位、主動(dòng)外排藥物、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或改變藥物代謝途徑等機(jī)制對(duì)抗生素產(chǎn)生抗性（Bengtsson-Palme et al.，2018）?？剐跃袛y帶抗性基因的質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、整合子等載體又能通過(guò)基因的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和轉(zhuǎn)座等方式在環(huán)境中進(jìn)行傳播擴(kuò)散，即使抗性菌死亡，其攜帶抗性基因的裸露DNA也會(huì)在環(huán)境中長(zhǎng)期存在（Davies，1994）。雖然細(xì)菌在自然條件下就能產(chǎn)生抗生素抗性基因，但是持久性存在的低濃度抗生素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生選擇壓力，使被抗生素污染的環(huán)境介質(zhì)中抗性菌及抗性基因的水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)境背景值（Bengtsson-Palme et al.，2018）。目前，中國(guó)及其他國(guó)家的養(yǎng)殖場(chǎng)廢水、醫(yī)療廢水、污水處理廠各級(jí)出水、地表水、底泥、土壤及大氣中均檢測(cè)到了抗生素抗性菌和抗性基因的污染（Storteboom et al.，2010；Guo et al.，2014；Czekalski et al.，2015；Li et al.，2015；沈怡雯等，2015；Bougnom et al.，2017）。城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)匯集了居民生活、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生等各方面的廢水，將多種類(lèi)型的抗性基因混合、轉(zhuǎn)移和傳播，使抗性基因在污水和污泥中廣泛分布，最后通過(guò)出水及污泥排放到受納環(huán)境中，造成環(huán)境污染（Korzeniewska et al.，2013；Lee et al.，2017）。

城鎮(zhèn)污水是抗性菌和抗性基因重要的“匯”和“源”，因此污水中抗性菌和抗性基因的高效去除是控制環(huán)境中抗性基因污染與傳播的重要措施。本文綜述了近幾年生物處理工藝、消毒工藝及高級(jí)氧化處理技術(shù)等去除污水中抗性菌及抗性基因的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)的研究方向提出建議，為完善污水廠現(xiàn)有的處理工藝以及研發(fā)高效的抗性菌及抗性基因的去除技術(shù)提供一定的思路。

1 生物處理法對(duì)ARB和ARG的去除

1.1 活性污泥及相關(guān)工藝

活性污泥及相關(guān)工藝是城市污水廠最常用的處理系統(tǒng)。研究表明，活性污泥工藝對(duì)進(jìn)水中的抗性菌和抗性基因有顯著的削減作用。Zhang et al.（2009a）研究了中國(guó)和美國(guó)五大城市的活性污泥工藝對(duì)四環(huán)素抗性基因的去除，發(fā)現(xiàn)出水中的四環(huán)素抗性基因tetC和tetA均比進(jìn)水降低了3個(gè)數(shù)量級(jí)。B?rjesson et al.（2010）研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)活性污泥工藝可使污水中的四環(huán)素抗性基因 tetA濃度減少0.4～1.5 log單位，tetB減少0.5～1.6 log單位。Gao et al.（2012）也發(fā)現(xiàn)經(jīng)活性污泥工藝處理后出水中的四環(huán)素和磺胺類(lèi)抗生素的抗性菌及抗性基因濃度顯著降低。但是，這些減少的抗性菌和抗性基因主要被污泥吸附，并未得到真正地去除，會(huì)隨著污泥的再利用而進(jìn)入土壤環(huán)境，威脅人類(lèi)健康（B?rjesson et al.，2009）。因此，活性污泥工藝中污泥的后續(xù)處理非常重要，其中高溫厭氧條件下的污泥消化對(duì)抗性菌和抗性基因具有明顯的去除作用（Diehl et al.，2010）。

活性污泥相關(guān)工藝，如缺氧/好氧工藝（A/O）、厭氧/缺氧/好氧工藝（A2/O）及序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）等，因其增加了污水與污泥的有效接觸而取得了較好的處理效果，被廣泛應(yīng)用于城市污水處理。但是污水停留時(shí)間的延長(zhǎng)有利于細(xì)菌的變異與增殖，加速抗性基因的水平轉(zhuǎn)移，造成出水中抗性基因的種類(lèi)顯著增加。如Zhang et al.（2009b）研究發(fā)現(xiàn)A/O處理工藝的出水中，不動(dòng)桿菌對(duì)多種抗生素的抗性比進(jìn)水增加 10%左右。此外在 A2/O工藝中也出現(xiàn)大腸桿菌和腸球菌對(duì)抗生素的抗性增強(qiáng)的現(xiàn)象（?uczkiewicz et al.，2010）。Fan et al.（2011）發(fā)現(xiàn)序批式活性污泥反應(yīng)器（SBR）中微量的紅霉素對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生選擇壓力，促進(jìn)抗性基因的形成與傳播，出水中檢測(cè)到了進(jìn)水中未檢測(cè)到的紅霉素抗性基因。

可見(jiàn)，雖然活性污泥及相關(guān)工藝對(duì)污水中抗性菌和抗性基因有一定的去除效果，但是去除率不高，且生化池中高的抗生素濃度和高的微生物量加快了抗性基因的傳播，導(dǎo)致二級(jí)出水中依然含有較高濃度的抗性菌和抗性基因。此外，富集了抗性菌和抗性基因的污泥可能成為二次污染源，也需要進(jìn)一步處理。

1.2 膜生物處理工藝

膜生物處理工藝在城市污水的處理中也有廣泛的應(yīng)用。B?rjesson et al.（2010）對(duì)比了活性污泥工藝和滴濾池對(duì)四環(huán)素抗性基因的去除，發(fā)現(xiàn)后者的處理效果更好。由于膜生物處理工藝中的微生物附著在載體上生長(zhǎng)，殘留在出水中的生物質(zhì)含量較少，因此出水中的抗性菌和抗性基因比活性污泥工藝更低。Novo et al.（2010）則對(duì)比了淹沒(méi)式的曝氣生物濾池和滴濾池對(duì)抗性菌的去除，發(fā)現(xiàn)曝氣生物濾池能使抗性菌的數(shù)量降低 2個(gè)數(shù)量級(jí)，而滴濾池的去除率低于 50%，并指出生物處理工藝、水力停留時(shí)間及進(jìn)水水量等是影響膜生物處理去除抗性菌效果的重要因素。Munir et al.（2011）對(duì)比研究了膜生物反應(yīng)器（MBR）、活性污泥工藝、氧化溝工藝、旋轉(zhuǎn)式生物接觸反應(yīng)器等對(duì)四環(huán)素類(lèi)和磺胺類(lèi)的抗性菌和抗性基因的去除效果，發(fā)現(xiàn)MBR對(duì)抗性菌和抗性基因的去除率達(dá)到2.57～7.06 log單位，明顯優(yōu)于其他工藝（2.37～4.56 log單位），并認(rèn)為不同處理工藝之間的差異是由環(huán)境中的多重選擇壓力造成的。Sui et al.（2018）構(gòu)建了序批式膜生物反應(yīng)器（SMBR）來(lái)去除養(yǎng)豬廢水中的抗性基因，發(fā)現(xiàn)當(dāng)固體停留時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（30 d），膜的分離作用明顯，ARG的去除率達(dá)1.18個(gè)log單位；在固體停留時(shí)間較短時(shí)（12 d），生物處理占主導(dǎo)作用，ARG的去除率最大，為2.91個(gè)log單位。Zhu et al.（2018）研究了 MBR反應(yīng)器中膜污垢在抗性基因去除過(guò)程中的作用，發(fā)現(xiàn)膜污垢中的可溶性微生物產(chǎn)物（SMP）及其胞外多聚物（EPS）的含量與抗性基因的豐度顯著相關(guān)，說(shuō)明膜污垢在MBR反應(yīng)器去除抗性基因的過(guò)程中發(fā)揮著重要的作用。在膜生物處理工藝中，水中的抗性菌和抗性基因是通過(guò)富集到生物膜中而得以去除，因此跟活性污泥類(lèi)似，膜生物處理工藝如滴濾池的生物膜中同樣富集了大量的抗性菌和抗性基因，若后續(xù)沒(méi)有得到有效處理，將會(huì)成為環(huán)境中抗性菌和抗性基因的二次污染源（Petrovich et al.，2018）。

通常膜生物處理工藝對(duì)水中抗性菌和抗性基因的去除效果普遍高于活性污泥工藝；此外污水停留時(shí)間短，污泥量少，造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)也比活性污泥工藝低。

1.3 人工濕地處理系統(tǒng)

人工濕地由于其工藝簡(jiǎn)單、成本低及高效等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于人口較少的城鎮(zhèn)或農(nóng)村生活污水的處理。人工濕地不僅對(duì)污水中的有機(jī)物、氮磷、抗生素、藥物等均具有較好的處理效果，對(duì)抗性基因也具有一定的去除效果（鄭加玉，2013；Sharma et al.，2016）。Chen et al.（2013）發(fā)現(xiàn)人工濕地能有效地去除城市污水中四環(huán)素和磺胺類(lèi)的抗性基因，在厭氧生物過(guò)濾后加設(shè)人工濕地處理系統(tǒng)可以使農(nóng)村生活污水中四環(huán)素和磺胺類(lèi)的抗性基因的去除量提高2個(gè)數(shù)量級(jí)。Liu et al.（2013，2014）研究發(fā)現(xiàn)，自由表面流人工濕地出水中的四環(huán)素和磺胺類(lèi)的抗性基因水平明顯低于進(jìn)水，而垂直潛流人工濕地及水平潛流人工濕地對(duì)抗性基因的去除效果不明顯，因此提出表層水中的氧化作用是抗性基因被去除的主要機(jī)理。然而，Huang et al.（2015）研究則表明，垂直上升流的人工濕地對(duì)養(yǎng)豬廢水中的四環(huán)素抗性基因的去除率達(dá)45%～99%。此外，垂直流人工濕地的填料對(duì)抗性基因的去除也有顯著的影響。Liu et al.（2013）研究指出，以沸石作為填料的垂直流人工濕地對(duì)抗性基因的去除效果比以火山巖作為填料的垂直流人工濕地好，更小的填料粒徑有利于抗性基因的去除，因此填料對(duì)抗性基因的吸附也是其去除抗性基因的機(jī)制之一。然而，楊芳等（2013）在研究不同類(lèi)型的人工濕地去除抗性大腸桿菌及抗性基因中發(fā)現(xiàn)水中的抗性基因轉(zhuǎn)移到了基質(zhì)生物膜上，隨著生物膜的脫落，出水中的抗性基因的含量依然較高。He et al.（2018）研究比較了不同類(lèi)型的人工濕地對(duì)污水廠二級(jí)出水中抗性菌和抗性基因的去除作用，發(fā)現(xiàn)所有類(lèi)型的人工濕地出水中抗性菌的數(shù)量均顯著增加，原因是細(xì)菌出現(xiàn)再生長(zhǎng)；垂直潛流人工濕地和其中的一種表面流人工濕地對(duì)抗性基因有顯著的去除作用，去除率分別為14%～95%以及57%～100%，而另外一種表面流人工濕地出水中抗性基因的濃度反而增加，其原因可能是污水中低濃度的抗生素、重金屬等對(duì)抗性菌產(chǎn)生了選擇壓力，促進(jìn)了抗性基因的傳播，此外人工濕地適宜的條件有利于微生物的再生長(zhǎng)。

可見(jiàn)，人工濕地處理系統(tǒng)對(duì)抗性菌和抗性基因的去除效果與濕地的類(lèi)型、植物種類(lèi)、水力負(fù)荷及填料種類(lèi)等有關(guān)，在實(shí)際應(yīng)用中，需針對(duì)污水的性質(zhì)設(shè)計(jì)相應(yīng)的人工濕地處理系統(tǒng)。

2 消毒工藝對(duì)ARB和ARG的去除

2.1 氯消毒工藝

隨著城市污水廠出水要求的提高，二級(jí)出水之后加設(shè)消毒環(huán)節(jié)越來(lái)越普遍。氯消毒是最普遍的水和廢水的消毒工藝。氯消毒產(chǎn)生的次氯酸具有強(qiáng)氧化性，能迅速氧化細(xì)胞成分，包括核堿基的嘌呤和嘧啶基團(tuán)等，其中與游離性的堿基反應(yīng)性很強(qiáng)，但因氫鍵的原因與雙鏈DNA的反應(yīng)活性較弱（Dodd，2012）。

采用氯消毒去除抗性基因的過(guò)程中，次氯酸首先氧化細(xì)胞壁，然后進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部與 DNA反應(yīng)，因此只有較高的加氯量才能保證次氯酸進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)與 DNA反應(yīng)，而污水廠常規(guī)氯消毒劑量通常難以有效去除抗性基因（Munir et al.，2011；Gao et al.，2012）。Huang et al.（2011）采用 10 mg·L-1（Cl2）的次氯酸鈉對(duì)二沉池出水進(jìn)行消毒，接觸時(shí)間10 min，發(fā)現(xiàn)青霉素、氨芐西林、四環(huán)素和利福平的抗性菌減少了4個(gè)數(shù)量級(jí)，但是對(duì)氯霉素抗性菌無(wú)明顯去除效果。Yuan et al.（2015）研究了氯消毒對(duì)污水中9種抗生素抗性菌和抗性基因的去除作用，加氯量范圍為 15～300 mg·min·L-1，發(fā)現(xiàn)除磺胺嘧啶和紅霉素的抗性菌之外的其他抗性菌都能被15 mg·min·L-1的氯完全滅活，而磺胺嘧啶和紅霉素的抗性菌需要施加大于60 mg·min·L-1的氯才能被完全滅活；最高劑量的氯消毒對(duì)紅霉素抗性基因和四環(huán)素抗性基因的去除率僅為60%和20%。Zhang et al.（2015）研究表明，氯消毒對(duì)抗性基因的去除效果跟加氯劑量和接觸時(shí)間密切相關(guān)，加氯量越大，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，抗性基因的去除率越高；施加 30 mg·min·L-1的氯可去除1.3～1.49 log單位的磺胺類(lèi)和四環(huán)素抗性基因；溶液中的銨態(tài)氮?jiǎng)t對(duì)抗性基因的去除產(chǎn)生明顯的抑制作用。然而，Huang et al.（2011）研究則指出，氯消毒雖然可以有效去除抗性菌，但是殘留的微生物群落發(fā)生了很大的變化，其中抗氯霉素、氨芐西林和青霉素的菌比例增加。Shi et al.（2013）研究也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氯消毒后的飲用水中四環(huán)素、紅霉素等數(shù)種抗性基因的比例增加?？梢?jiàn)，氯消毒很可能對(duì)微生物產(chǎn)生選擇壓力，從而加速了抗性基因的傳播，增加了出水的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 紫外消毒工藝

紫外消毒（UV）的原理是細(xì)菌的RNA和DNA結(jié)構(gòu)被所吸收的紫外線(xiàn)光能破壞。采用UV去除抗性基因的過(guò)程中，紫外光直接破壞細(xì)胞內(nèi)攜帶抗性基因的DNA片段，而對(duì)細(xì)胞其他組分不產(chǎn)生影響（Guo et al.，2015）。Auerbach et al.（2007）和 Lee et al.（2017）研究均表明，污水處理廠的常規(guī)紫外消毒劑量對(duì)四環(huán)素類(lèi)、磺胺類(lèi)、紅霉素類(lèi)等多種抗性基因均無(wú)明顯的去除效果。Mckinney et al.（2009）發(fā)現(xiàn)紫外消毒可以去除1個(gè)數(shù)量級(jí)的甲氧西林抗性基因，但是對(duì)萬(wàn)可霉素抗性基因無(wú)明顯去除效果。通常紫外輻射的強(qiáng)度越大，抗性基因的去除效率也越高（Zhang et al.，2015）。Mckinney et al.（2012）采用紫外消毒處理mecA、vanA、tetA和ampC 4種抗性基因，發(fā)現(xiàn) 10～20 mJ·cm-2的紫外劑量能滅活4～5個(gè)數(shù)量級(jí)的抗性菌，而高達(dá) 200～400 mJ·cm-2的紫外劑量?jī)H能去除3～4個(gè)數(shù)量級(jí)的抗性基因；且革蘭氏陽(yáng)性菌比革蘭氏陰性菌對(duì)紫外消毒有更強(qiáng)的耐受性。Chang et al.（2017）采用紫外消毒工藝對(duì)含有氨芐西林和四環(huán)素抗性基因的質(zhì)粒進(jìn)行降解研究，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)效率每降低一個(gè)log單位，紫外輻照的劑量需增加20～25 mJ·cm-2?？梢?jiàn)，采用紫外消毒工藝有效去除抗性基因需要很高的紫外輻照劑量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出常規(guī)的紫外消毒劑量。

2.3 臭氧消毒工藝

臭氧消毒的原理是利用臭氧及臭氧分解產(chǎn)生的羥基自由基（·OH）的強(qiáng)氧化性破壞細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。臭氧與細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的肽聚糖、蛋白質(zhì)及脂類(lèi)具有很強(qiáng)的反應(yīng)性，所以除非施加較高的濃度，通常臭氧難以滲透到細(xì)胞內(nèi)與DNA反應(yīng)（Dodd，2012）。與次氯酸相似，臭氧與游離性的堿基反應(yīng)活性較高，但是與雙鏈DNA的反應(yīng)活性則較低（Somensi et al.，2015）。

臭氧及其分解產(chǎn)生的羥基自由基首先氧化破壞細(xì)胞壁組分，然后滲入細(xì)胞內(nèi)部，氧化降解攜帶抗性基因的DNA片段，因此有效去除抗性基因所需的臭氧劑量比常規(guī)消毒劑量高（Oh et al.，2016）。?ncü et al.（2011）發(fā)現(xiàn)臭氧能有效去除含抗性基因的質(zhì)粒，0.9 mg·L-1的臭氧就能使質(zhì)粒的雙螺旋結(jié)構(gòu)解開(kāi)，當(dāng)臭氧劑量為4.2 mg·L-1時(shí)，質(zhì)粒DNA濃度最低。Oh et al.（2016）研究發(fā)現(xiàn)，臭氧消毒可使含抗性基因的質(zhì)粒的轉(zhuǎn)導(dǎo)性能降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)加入過(guò)氧化氫或過(guò)硫酸鹽可以顯著提高去除效率。Czekalaki et al.（2016）從實(shí)驗(yàn)室和工程應(yīng)用角度分別研究了臭氧消毒對(duì)污水中磺胺類(lèi)sul1抗性菌和抗性基因的去除作用，實(shí)驗(yàn)室的研究指出預(yù)絮凝和高的臭氧濃度（O3與DOC濃度比大于 0.55）均有利于抗性菌和胞內(nèi)抗性基因的有效去除，而污水廠的工程實(shí)踐研究則表明雖然臭氧消毒能殺滅抗性菌，但是部分滅活的抗性菌之后會(huì)復(fù)活，且臭氧消毒對(duì)胞內(nèi)抗性基因沒(méi)有顯著的去除效果。

2.4 納米顆粒殺菌技術(shù)

采用納米顆粒去除抗性菌和抗性基因的研究主要集中在醫(yī)藥研究領(lǐng)域。金屬氧化物納米顆粒如納米氧化銀、納米氧化銅等均具有一定的殺菌作用，其原理主要是具有高比表面積的納米粒子對(duì)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的酶、蛋白質(zhì)等生物分子產(chǎn)生強(qiáng)吸附作用，破壞生物大分子的生理功能從而達(dá)到殺菌的效果（Huang et al.，2014）。有研究表明，納米氧化鐵可以滅活抗性生物膜（Taylor et al.，2012）。納米金顆粒與萬(wàn)古霉素聯(lián)用可以殺滅萬(wàn)古霉素抗性菌（Mohammed et al.，2011）。然而，納米顆粒也會(huì)對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生選擇壓力而促進(jìn)抗性基因的傳播，如納米鋁顆?？梢允购喾N抗生素抗性基因的質(zhì)粒的水平轉(zhuǎn)移效率提高200倍（Qiu et al.，2012）。因此，在水處理中采用納米顆粒殺菌技術(shù)存在增加抗性基因傳播的風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 不同消毒工藝間的比較

不少研究者對(duì)比了常見(jiàn)的幾種消毒工藝對(duì)抗性菌和抗性基因的去除效果。在對(duì)抗性菌的去除方面，Macauley et al.（2006）比較了氯消毒、紫外消毒和臭氧消毒對(duì)養(yǎng)豬廢水中的金霉素、林可霉素、磺胺甲嘧啶和四環(huán)素的抗性細(xì)菌的去除效果，發(fā)現(xiàn)UV消毒＞臭氧消毒＞氯消毒；然而 Zheng et al.（2017）研究則發(fā)現(xiàn)，臭氧消毒在殺滅抗性菌方面是最高效的。在對(duì)抗性基因的去除方面，Zhuang et al.（2015）和Zhang et al.（2015）對(duì)比了常見(jiàn)的幾種消毒工藝對(duì)磺胺類(lèi)和四環(huán)素類(lèi)抗性基因的去除效果，發(fā)現(xiàn)單工藝中氯消毒是去除抗性基因最高效的手段，且經(jīng)濟(jì)成本最低；當(dāng)紫外和氯聯(lián)合消毒時(shí)則能進(jìn)一步提高抗性基因的去除率。此外，在影響抗性基因的水平轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)方面，Guo et al.（2015）對(duì)比研究了紫外消毒和氯消毒對(duì)抗性基因的水平轉(zhuǎn)移的影響，發(fā)現(xiàn)低劑量的紫外消毒（8 mJ·cm-2）直接破壞DNA，降低了細(xì)菌的數(shù)量，而沒(méi)有改變細(xì)菌細(xì)胞的滲透性，因此對(duì)抗性基因的水平轉(zhuǎn)導(dǎo)沒(méi)有影響，高劑量的紫外消毒（＞10 mJ·cm-2）則能提高抗性基因的水平轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)；而即使低劑量的氯消毒（40 mg·min·L-1）則能使抗性基因的轉(zhuǎn)移幾率提高2～5倍，且加氯濃度越高，轉(zhuǎn)移幾率越大；此外氯消毒過(guò)程中產(chǎn)生的氯胺會(huì)增強(qiáng)細(xì)胞的滲透性，進(jìn)一步提高抗性基因轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)。

因此，不同的消毒方式對(duì)抗性菌和抗性基因的去除效果與抗性基因的種類(lèi)、消毒劑量、水質(zhì)等密切相關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮抗性基因的去除效果、處理成本及抗性基因的轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)等因素。從抗性基因的去除和轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，紫外消毒優(yōu)于氯消毒和臭氧消毒。

3 高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)ARB和ARG的去除

近年來(lái)有不少研究者開(kāi)始將高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)用于污水中抗性細(xì)菌和抗性基因的去除，且獲得了非常高的去除效率。高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)抗性基因的去除主要?dú)w因于體系中產(chǎn)生的羥基自由基對(duì)抗性基因的氧化破壞（Pham et al.，2014）。Karaolia et al.（2014）研究發(fā)現(xiàn)，太陽(yáng)光Fenton體系可以使抗磺胺磺胺甲惡唑和克拉霉素的腸球菌減少5 log單位。Fiorentino et al.（2015）對(duì)比了太陽(yáng)光/H2O2、太陽(yáng)光/TiO2、太陽(yáng)光/H2O2/TiO2和太陽(yáng)光Fenton對(duì)多種抗生素抗性菌的滅活作用，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光/TiO2和太陽(yáng)光Fenton的滅活效果最佳。Zhang et al.（2016）采用Fenton和UV/H2O2技術(shù)處理污水廠的二級(jí)出水，發(fā)現(xiàn)兩者均對(duì)污水中磺胺類(lèi)和四環(huán)素類(lèi)抗性基因有顯著的去除作用，在最佳的配比條件下，去除效果分別達(dá)2.26～3.35 log單位和1.55～2.32 log單位。Yoon et al.（2017）研究發(fā)現(xiàn)UV/H2O2對(duì)胞外抗性基因（質(zhì)粒）有很好的去除效果，但是對(duì)胞內(nèi)抗性基因的去除效果一般。Guo et al.（2017）發(fā)現(xiàn)UV/TiO2對(duì)mecA和ampC兩種抗生素的抗性菌和胞內(nèi)及胞外抗性基因均有顯著的去除作用，其基因的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，對(duì)UV的耐性也越強(qiáng)；H2O2的加入會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)抗性基因的降解，其原因是增加了羥基自由基的生成量。雖然與生物處理法和消毒工藝相比，高級(jí)氧化技術(shù)具有更高的去除效率和較低的基因轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，但是處理成本相對(duì)較高，TiO2光催化工藝中TiO2的固定以及Fenton體系中污泥的產(chǎn)生等問(wèn)題限制了其大范圍的工程應(yīng)用。

此外，還有研究者提出微濾/超濾和混凝處理有助于污水中抗性基因的去除，將其與污水廠原有的工藝相結(jié)合有望降低出水中的抗性基因水平（Breazeal et al.，2013；Li et al.，2017）。

4 結(jié)論與展望

城鎮(zhèn)污水中抗生素抗性菌和抗性基因的去除效率是控制環(huán)境中抗性基因污染與傳播的關(guān)鍵因素。生物處理是常規(guī)城市污水處理流程中抗性菌和抗性基因去除的主要環(huán)節(jié)，而污泥的后續(xù)處理是避免二次污染的重要措施。消毒工藝對(duì)抗生素抗性基因的去除具有選擇性，且通常需要很高的消毒劑量才能達(dá)到有效的去除。生物處理和消毒工藝都會(huì)加速抗性基因的傳播，而高級(jí)氧化處理技術(shù)不僅去除效果好，且能有效控制抗性基因的傳播，因此利用高級(jí)氧化技術(shù)去除抗性菌和抗性基因?qū)⑹墙窈蟀l(fā)展與應(yīng)用的重要方向。然而，將以上處理手段用于工程實(shí)踐時(shí)仍存在諸多問(wèn)題，建議今后從以下幾方面開(kāi)展研究：

（1）研究生物處理工藝中污泥的高效處置方法，盡量避免抗性基因的二次污染；同時(shí)深入研究水力、水質(zhì)參數(shù)抗性基因水平轉(zhuǎn)移的影響與機(jī)制，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)盡量減少常規(guī)生物處理系統(tǒng)中抗性基因的傳播。

（2）深入研究消毒工藝中抗性基因種類(lèi)、水質(zhì)參數(shù)、消毒劑量等對(duì)抗性基因水平轉(zhuǎn)移的影響，開(kāi)發(fā)低劑量的組合消毒工藝，在高效去除抗性基因的同時(shí)盡量減少抗性基因的傳播。

（3）研究 TiO2的固定化工藝，提高 TiO2的利用效率；同時(shí)研發(fā)電化學(xué)高級(jí)氧化、硫酸根自由基氧化等更高效、經(jīng)濟(jì)的對(duì)抗性菌及抗性基因的控制技術(shù)。

（4）由于單工藝通常使用的劑量較大、成本較高、去除效果不理想且增加了抗性基因傳播的風(fēng)險(xiǎn)，今后應(yīng)針對(duì)多工藝的聯(lián)合處理技術(shù)開(kāi)展深入的研究。