制药废水致耐药性机理及去除工艺研究

Pharmaceutical wastewaters contain various antibiotics of high concentrations and a large amount of bacteria and genetic pieces of antibiotic resistance, which usually can't be totally removed or degraded by conventional wastewater treatment processes. The discharge of certain pharmaceutical wastewater may induce antibiotic resistance for natural bacteria, causing the spread of antibiotic resistance genes between species, which brings tremendous risks to the health of human beings. Nowadays China becomes the largest production and consumption markets for cephalosporin, which acts as a leading role in clinical application for anti-infection worldwide. The purposes of this study are to investigate the existence and fate of anti-cephalosporin resistance genes in water and soil environments caused by cephalosporin wastewater discharge, to assess the impact of cephalosporin discharge on resistance formation, to understand the transmission mechanism of antibiotic resistance between bacteria species, to establish controlling thresholds for pharmaceutical wastewater discharge, and based on which, to develop advanced treatment processes to eliminate the impacts of antibiotic resistance in pharmaceutical wastewater, providing both theoritical and technological fundations to the discharge safety of wastewater in pharmaceutical industries.

制药废水是一类含有高浓度抗生素、大量耐药细菌和耐药基因的特殊废水，且其中的抗生素、耐药细菌和基因难以通过常规处理工艺完全去除，其排入环境可能诱导环境微生物产生耐药性，造成耐药基因在不同种属生物间传播，对人类健康构成严重威胁。头孢类抗生素是目前全球研发最活跃、临床用量最大的一类抗感染类药物，我国是其生产和消费大国。因此，本研究拟针对头孢类制药废水，通过分子生物宏基因组学技术检测头孢耐药基因在制药废水、受纳水体及受影响土壤中的丰度，揭示头孢类制药废水处理流程各单元对耐药性的削减规律，评价头孢类制药废水排放对环境微生物造成耐药性的影响，同时进一步探讨各类抗性因子对耐药性的影响程度，探明微生物耐药性的发展和传播机制，确立制药废水生物安全性控制技术的主要控制指标，最终在此基础上识别并优化削减耐药性的关键控制因素和处理技术控制单元，开发合适的深度处理技术，为确保我国制药废水安全排放提供理论和技术基础。

制药废水是一类含有高浓度抗生素、大量耐药细菌和耐药基因的特殊废水，且其中的抗生素、耐药细菌和基因难以通过常规处理工艺完全去除，其排入环境可能诱导环境微生物产生耐药性，造成耐药基因在不同种属生物间传播，对人类健康构成严重威胁。头孢类抗生素是目前全球研发最活跃、临床用量最大的一类抗感染类药物，我国是其生产和消费大国。.研究针对头孢类制药废水，建立了基于固相萃取+ UPLC—MS/MS的制药废水中九种痕量头孢类抗生素含量测试方法，揭示了头孢类制药废水处理流程各单元对抗生素的削减规律，在所研究的制药废水厂（X厂）出水样品中，64%的检出浓度在0~2 μg/L之间，25%的检出浓度在2~10 μg/L之间，16%的检出浓度在10 μg/L以上。.研究通过分子生物学宏基因组技术检测头孢类耐药基因在制药废水、受纳水体及底泥中的丰度，揭示头孢类制药废水处理流程各单元对耐药性的削减规律。对同一种抗生素，不同处理单元削减综合制药废水在 12 d 内致微生物耐药能力的效率 存在差异，同一水处理单元对综合制药废水致微生物对不同抗生素耐药能力的削减率差异也较大。对底泥中耐药基因研究发现制药废水尾水排放会提高其受纳底泥中耐药基因和可移动元件基因的丰度，底泥中Fe 元素含量与底泥中的耐药基因呈现出显著相关性（p<0.05）。.研究进一步识别并优化削减耐药性的关键控制因素和处理技术控制单元，结果表明臭氧氧化工艺和芬顿氧化工艺对头孢制药废水的常规指标、毒性指标和致微生物耐药因子的总体去除效果较好，适用于基于生物安全保障的抗生素废水深度处理。芬顿氧化正交试验，发现当H2O2与COD的质量比为2、H2O2与FeSO4·7H2O的摩尔比为15、反应时间为30 min、反应温度为45 ℃、初始pH为2.5时，芬顿氧化对头孢制药废水发光细菌急性毒性的去除率为63.6%，可完全去除头孢制药废水中的头孢菌素和耐药乳糖发酵型肠杆菌科细菌。