典型污水处理系统抗生素抗性基因的传播特征与控制研究

The use of antibiotics may accelerate the development of antibiotic resistance genes (ARGs) and bacteria which shade health risks to humans and animals. Given the potential detriment to human health as a result of the growing problem of antibiotic resistance, the fate of ARGs emanating from wastewater treatment plants (WWTPs) is of interest. WWTPs may be a significant source of ARGs to the aquatic environment. This research intends to the existence, spatial and temporal distribution of ARGs in typical WWTPs (A/O, A/A/O, Oxidative ditch and MBR). Besides, the transportation and transformation behavior of ARGs in WWTPs under different environmental factors and pollutants selection pressure will be systemic investigated. Furthermore, the effects of elevated ARGs levels on microbial diversity and function of WWTPs will be identified, as well as the emergence of antibiotic resistant bacteria pathogens will be explained in detail. The removal of ARGs from the effluent and biosolids of different wastewater treatment units will be also discussed. This study contributes not only to the removal of ARGs, but also to the ecosystem safety of aquatic environment.

随着抗生素使用种类和数量的不断增加，造成环境中抗生素抗性基因的广泛传播，严重威胁生态安全和人类健康。污水处理系统是抗生素抗性基因进入水环境的主要途径和传播载体。本项目选择典型污水处理系统(A/O、A/A/O、氧化沟、MBR)，系统研究抗生素抗性基因在典型污水处理系统全过程的分布特征及其关键影响因子；考察不同工艺操作条件和不同污染物(抗生素、重金属等)选择性压力下主要抗生素抗性基因在污水处理系统的传播特征、迁移转化规律和主要受控因子；揭示抗生素抗性基因的增加对污水处理系统微生物群落多样性及其处理效能的影响，阐释抗生素抗性基因对污水处理系统病原微生物种类、数量和代谢活性的影响；在此基础上，探讨有效控制污水处理出水和生物固体中抗性基因的净化技术，获得抗生素抗性基因消减与净化技术之间的剂量-效应、时间-效应关系。研究结果为减少水环境中抗生素抗性基因传播、保障水生态安全提供理论依据和技术支撑。

污水处理系统是抗生素抗性基因进入水环境的主要途径和传播载体。本项目根据污水特征（生活污水，工业废水，混合污水）和污水处理工艺，选择了5种典型污水处理系统(A/O、A/A/O、MBR、两级UASB+好氧池)，系研究了常见抗生素抗性基因（四环素抗性基因，磺胺抗性基因）和I型整合子(intI1)在上述污水处理系统的分布特征、季节性变化规律及其关键影响因子；考察了抗生素抗性基因沿污水处理工艺流程的传播特征，获得了不同浓度抗生素和水力停留时间对抗生素抗性基因传播的影响；揭示了抗生素抗性选择性压力对污水处理系统微生物群落结构、多样性及其污水处理效能的影响；在此基础上，研究了有效控制污水处理二级生化尾水中抗生素抗性基因的深度净化技术（消毒（氯化、紫外，臭氧）、高级氧化、混凝），获得了抗生素抗性基因消减与净化技术之间的剂量-效应、时间-效应关系，揭示了抗生素抗性基因的衰减机制，通过技术经济分析，优化出适合尾水中抗生素抗性基因净化的方法。研究结果为减少水环境中抗生素抗性基因传播、保障水生态安全提供理论依据和技术支撑。