成都生物研究所在污水中常規污染物與抗生素抗性基因同步削減方面取得進展
作者：陳楊武
時間：2022-02-21
抗生素抗性基因（ARGs）作為一種新污染物，已成為全球環境污染問題，WHO已將ARG列為21世紀威脅人類健康的最重大挑戰之一。作為抗生素生產和消費第一大國，我國“十四五規劃”和《二〇三五年遠景目標的建議》首次提出“重視新污染治理”，2021年生態環境部明確提出 “著手開展新污染物監測評估與治理”。
研究證實，污水處理系統既是ARGs的一個“匯”，同時也是ARGs再遷移、再轉化的一個“源”，系統中ARGs污染十分嚴重。然而，當前的污水處理主要聚焦于常規污染物的去除，忽視了ARGs的削減。為降低ARGs所引起的潛在生態環境風險，如何強化污水中常規污染物與ARGs的同步削減具有非常重要的現實意義。
成都生物研究所污染生物治理項目組譚周亮研究團隊探究了西南某升級改造生活污水處理廠（工藝為A2/O-MBR）從調試期到穩定運行期間的抗生素、ARGs的削減效果。結果表明：污水處理系統升級改造可有效提升抗生素和ARGs的去除率（總抗生素和ARGs去除分別提高10.49%和1.37logs），降低其潛在生態風險；Sul1基因是最常見的ARG，可移動遺傳元件（MGEs）和微生物群落是影響ARGs分布的最重要因素，且潛在ARBs的豐度在升級改造后顯著降低；ARG削減的潛在作用機制可能在于抗生素的有效去除、微生物群落的顯著變化以及ARBs的減少。研究表明，污水處理系統升級改造既可強化常規污染物的去除，亦可同步強化削減抗生素與ARG等新污染物。研究成果發表在Chemical Engineering Journal (IF=13.273) 期刊上。
圖1 污水處理廠（A2/O-MBR）升級改造過程中抗生素與ARGs的歸趨
研究團隊在生豬養殖廢水處理工程應用中發現，短程硝化反硝化關鍵運行參數pH、DO、FNA與ARGs豐度具有相關性；結合大量文獻調研分析，進一步發現短程硝化反硝化關鍵運行參數與ARGs削減驅動因子高度吻合，據此提出“短程硝化反硝化脫氮同步削減ARGs”思路。在此基礎之上，實驗室研究表明，短程硝化反硝化不僅較傳統的脫氮方式（全程硝化反硝化）脫氮效率更高，同時該工藝可有效促進ARGs的削減和抑制ARGs潛在宿主的增殖，并分析了其潛在作用機制。研究成果分別發表在Journal of Environmental Chemical Engineering (IF=5.909) 與Environmental Science and Pollution Research (IF=4.223) 期刊上。
圖2 短程硝化反硝化工藝脫氮與ARGs同步削減的潛在作用機制
上述成果面向國家新污染物治理需求，提出強化污水中常規污染物與新污染物同步削減的觀點，結合實際應用中的科學發現與前沿分析，提出“短程硝化反硝化脫氮同步削減ARGs”思路，并初步展開了相關研究。研究結果可為全面了解污水處理系統中ARGs的歸趨、ARGs的削減技術研發提供支撐。上述研究得到了中國科學院“西部之光”交叉團隊項目(2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)、四川省重大科技專項（2019YFS0502）、中國博士后科學基金面上項目（2020M673293）等課題的聯合資助。
