生活垃圾卫生填埋场中抗生素和抗性基因的分布特征与迁移转化规律

Antibiotics and antibiotic resistance genes (ARGs) are emerging contaminants, posing threat to public and environmental health. Landfill receives unused and unwanted antibiotics and ARGs through municipal solid waste (MSW) and enrichment, which could serve as an important reservoir for antibiotics and ARGs. However, the distribution, transportation and dynamics of antibiotics and ARGs in landfill remain largely unknown. .In this study, we will investigate the distribution of antibiotics and ARGs in MSW, evaluate the distribution and leaching of antibiotics and ARGs during refuse stabilization process, assess the hydrolysis, adsorption, and biodegradation of antibiotics and the related ARGs during refuse stabilization process, study the impact of refuse stabilization process on antibiotics and ARGs, and establish the transportation model of antibiotics based on simulating landfilling bioreactor and verify the model by real landfilling operation. Overall, the study on the distribution and transportation of antibiotics and ARGs in landfill will contribute to the mechanistic understanding of dynamics of and practical management of antibiotics and ARGs in landfill.

抗生素及其相关的抗性基因均是新型污染物，威胁环境健康。抗生素和抗性基因随生活垃圾进入垃圾填埋场，使垃圾填埋场成为抗生素和抗性基因储存库，并通过渗滤液输出污染，但是目前相关研究缺乏。申请者以LC/MS 和荧光定量PCR分别表征卫生填埋生活垃圾各组分中抗生素和抗性基因的源分布特征；通过垃圾柱模拟垃圾填埋稳定化过程，定量分析垃圾和渗滤液中抗生素与抗性基因的丰度，表征其在垃圾填埋稳定化过程中的分布和浸出特征；依据影响因素分离，将抗生素在填埋层的水解、吸附和生物降解行为及抗性基因丰度的变化分别研究，考察垃圾不同降解阶段对抗生素和抗性基因在填埋层固液相迁移转化的影响，建立抗生素在填埋稳定化过程中的迁移转化模型并以填埋场卫生填埋实验验证，明晰抗生素和抗性基因在填埋稳定化过程中迁移转化规律。研究可为垃圾填埋场中抗生素和抗性基因的分布特征及迁移转化提供科学基础，为抗生素和抗性基因在填埋场内控制提供理论依据。

新兴污染物抗生素和抗生素抗性基因随生活垃圾进入垃圾填埋场后，在垃圾填埋过程中与生活垃圾一起进行物理化学和生物转化，最终抗生素与抗性基因通过渗滤液进入到环境中，对环境与生态健康产生威胁。项目发展了垃圾和渗滤液中抗生素和抗生素抗性基因的检测方法，以LC-MS和荧光定量PCR技术研究了抗生素和抗生素抗性基因在源垃圾和垃圾降解进程的分布特征、迁移转化规律和关键影响因素。研究表明源垃圾中含有低浓度的三种抗生素，而且其随垃圾降解进程变化不显著，而目标抗性基因均得到高浓度检出，说明填埋垃圾本身携带抗生素和抗性基因；添加外源抗生素在垃圾降解进程进行了迁移转化，垃圾中抗生素浓度显著高于渗滤液中，抗性基因在垃圾和渗滤液中均得到检出，但是二者无显著差异，抗生素和重金属添加会提高部分抗性基因的水平，抗生素在垃圾填埋进程中主要进行吸附（四环素类抗生素和罗红霉素）和生物降解（磺胺类抗生素），吸附和生物降解动力学符合伪二级动力学和一级动力学，抗生素吸附速率在酸化阶段较快，而抗生素生物降解在好氧阶段较快；抗性基因在垃圾降解进程中变化不显著，且其丰度在垃圾和渗滤液中处于同一水平，但是灭菌会显著降解抗性基因的丰度水平；影响因素分析表明填埋层多因素的耦合作用影响垃圾降解进程中的抗生素和抗性基因的分布和迁移转化，而且不同的抗生素和抗性基因的关键影响因子不同；填埋验证试验证实了抗生素在填埋过程的吸附和生物降解以及相应的抗性基因的变化。研究为抗生素和抗性基因在垃圾填埋场的环境行为提供了科学依据。