張治國(guó)，李斌緒，李 娜，許 坤，朱昌雄，李紅娜*，呂錫武*

（1.東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院，南京 210096；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所農(nóng)業(yè)清潔流域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，北京100081）

抗生素被廣泛應(yīng)用于人類醫(yī)療、動(dòng)物疾病防治以及畜牧養(yǎng)殖等領(lǐng)域[1-2]，據(jù)統(tǒng)計(jì)2013年中國(guó)有53 800 t抗生素排放到環(huán)境中[3]。環(huán)境中大量未被利用的抗生素促進(jìn)了抗生素抗性菌（Antibiotic-resistant bacteria，ARB）和抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs）的產(chǎn)生，進(jìn)一步造成環(huán)境中抗性致病菌數(shù)量增加從而危害人類健康[4-5]。如“超級(jí)細(xì)菌”鮑氏不動(dòng)桿菌，從1970年的抗生素敏感菌（Antibiotic susceptible bacte?ria，ASB）通過基因水平轉(zhuǎn)移（Horizontal gene transfer，HGT）進(jìn)化成了當(dāng)前具有多重抗性的內(nèi)感染致病菌，構(gòu)建了包含45種ARGs的基因島[6]。2011年德國(guó)爆發(fā)的“毒黃瓜”事件，蔓延到歐洲9個(gè)國(guó)家，致使超過3000人受感染，33人死亡；引起本次疫情的O104：H4血清型腸出血性大腸桿菌是一種新型高傳染性有毒菌株，該菌株攜帶氨基糖苷類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等抗生素的耐藥基因，導(dǎo)致抗生素治療無效[7]。因此世界衛(wèi)生組織已把抗生素抗性列為本世紀(jì)危害人類健康的重大問題。即使在沒有抗生素存在的條件下ARGs也可以維持很多代[8]，并且可以通過HGT促進(jìn)其在環(huán)境中的擴(kuò)散[9]。

水環(huán)境是細(xì)菌的主要棲息地與繁殖介質(zhì)，在ARB與ARGs傳播方面扮演著重要的角色。抗生素生產(chǎn)廠廢水、醫(yī)院廢水和養(yǎng)殖廢水是環(huán)境中ARB的主要初始來源[10]，部分經(jīng)過污水處理廠處理后排放到地表水中，或回用進(jìn)入農(nóng)田環(huán)境中。Gao等[10]根據(jù)ARB和ARGs的遷移轉(zhuǎn)化將水環(huán)境劃分為四個(gè)系統(tǒng)，即釋放源（醫(yī)院、畜牧養(yǎng)殖廢水）、初級(jí)接受系統(tǒng)（污水處理廠）、二級(jí)接受系統(tǒng)（地下和地表水體）和三級(jí)接受系統(tǒng)（河口、沿海和海洋），在各級(jí)水環(huán)境中的分布情況如表1所示。城市水循環(huán)主要有兩部分組成，一是廢水的收集、輸送與處理；二是地表水或地下水處理后供人類使用[11]。由城市水循環(huán)系統(tǒng)（圖1）可以看出，污水處理廠在城市水循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。它既是各種污水的匯集地，又是污染地表水的源頭，而地表水又是飲用水的重要來源[12]。因此污水處理廠卻被認(rèn)為是環(huán)境中ARB和ARGs的重要來源[13]。盡管污水處理廠出水中ARB和ARGs濃度相比進(jìn)水已有大幅降低，但仍比自然水體和土壤高很多[2，12]。綜上，開展污水廠出水中ARB和ARGs的深度去除方法研究是十分必要的。本文綜述了近年來去除ARB和ARGs的深度處理工藝研究，并闡述了相應(yīng)的去除機(jī)理，在此基礎(chǔ)上，對(duì)今后的研究重點(diǎn)和方向提出建議，以期為我國(guó)污水深度處理工藝的選擇提供借鑒。

圖1 城市水循環(huán)的示意圖以及可能對(duì)抗生素抗性選擇、傳播和控制至關(guān)重要的地點(diǎn)或過程[12]Figure 1 Schematic representation of the urban water cycle and of sites or processes potentially critical for antibiotic resistance selection，spread，and control[12]

表1 不同水環(huán)境中ARB和ARGs分布情況[10]Table 1 Distribution of ARB and ARGs in different aquatic environments[10]

1 氯消毒

由于氯消毒成本較低，并能有效去除浮游細(xì)菌，因此被廣泛應(yīng)用于污水和飲用水處理[14]。氯消毒中的有效成分為自由氯（Free available chlorine，F(xiàn)AC），由HOCl和OCl-組成，HOCl的氧化能力要比OCl-強(qiáng)，HOCl的占比隨pH的升高而降低。研究表明，當(dāng)反應(yīng)體系的pH從7.0升到8.0后，F(xiàn)AC對(duì)胞外ARGs的去除速率明顯降低[15]；同時(shí)，pH對(duì)胞內(nèi)ARGs去除的影響不大。這是因?yàn)檫M(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的FAC可能會(huì)受到細(xì)胞質(zhì)pH條件（一般為7.2～7.8）的影響，致使其組成發(fā)生改變[15]。此外，F(xiàn)AC對(duì)不同嘌呤和嘧啶的氧化效率是不同的。它可以快速氧化鳥嘌呤（kCl2=2.1×104mol-1·s-1）和胸腺嘧啶（kCl2=4.3×103mol-1·s-1），但是與胞嘧啶（kCl2=66 mol-1·s-1）和腺嘌呤（kCl2=6.4 mol-1·s-1）的反應(yīng)效率較低[16-17]。

Sullivan等[18]對(duì)6種含有tetW的ARB進(jìn)行氯消毒實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明當(dāng)氯濃度＞0.5 mg·L-1，接觸10 min后，6種ARB的去除（對(duì)數(shù)值log）均大于5；繼而在黑暗條件下放置24 h，ARB的去除率可達(dá)到100%，但是卻不能有效地去除ARGs。也有研究發(fā)現(xiàn)氯消毒雖然可以有效去除ARB，但卻不能有效控制消毒后ARB的再生[19]。Yuan等[20]調(diào)查了氯消毒對(duì)污水廠二級(jí)出水中9種ARB的去除情況，發(fā)現(xiàn)在用Cl2劑量為15 mg·min-1·L-1時(shí)，即可有效去除大部分ARB，但是對(duì)紅霉素抗性基因（ereA、ereB、ermA和ermB）和四環(huán)素抗性基因（tetA、tetB、tetM和tetO）的總?cè)コ蕛H為60.0%和20.0%，即使Cl2劑量增加到300 mg·min-1·L-1，ARGs的去除率也沒有明顯變化。可見，雖然氯消毒可以有效殺滅ARB，但是卻不能有效去除ARGs[21]。排放到環(huán)境中的ARGs可以通過水平轉(zhuǎn)化機(jī)制被下游細(xì)菌吸收，從而使其獲得抗生素抗性，繼續(xù)對(duì)環(huán)境造成危害[22]。

不同抗生素的抗性菌對(duì)氯具有不同的耐受能力[23-24]。Yuan等[20]的研究表明，磺胺嘧啶抗性菌和紅霉素抗性菌相比于其他抗性菌對(duì)氯有更強(qiáng)的耐受能力。這可能是由于某些ARGs對(duì)抗生素和氯有相似的抗性機(jī)理，如細(xì)菌體內(nèi)用于排除抗生素的外排泵也可以把氯排到細(xì)菌體外，從而減小氯對(duì)細(xì)菌的傷害[20]。不同種屬的細(xì)菌對(duì)氯的耐受能力也存在很大的差異，所以氯消毒會(huì)改變水體中微生物的群落結(jié)構(gòu)。Jia等[25]發(fā)現(xiàn)嗜甲基菌屬（Methylophilus）、多核桿菌屬（Polynucleo?bacter）等能被有效去除，而假單胞菌屬和食酸菌屬（Acidovorax）卻對(duì)氯有更強(qiáng)的耐受能力，從而使其成為優(yōu)勢(shì)種屬；同時(shí)，處理后四環(huán)素類抗性基因和磺胺類抗性基因相對(duì)豐度降低，mex系列基因和BacA相對(duì)豐度增加，而兩者主要存在于優(yōu)勢(shì)種屬中，并由此導(dǎo)致總ARGs的相對(duì)豐度增加。Lin等[26]的研究也發(fā)現(xiàn)氯消毒會(huì)使部分ARGs[dfrA1、tetPB-03、tetPA、ampC-04、tetA-02和erm（36）]呈現(xiàn)不同程度的富集，但是在其研究中總ARGs的相對(duì)豐度是降低的。Yoon等[15]的研究發(fā)現(xiàn)氯對(duì)抗性基因e-ampR的去除速率要比對(duì)e-kanR快，這可能是由于e-ampR中A-T堿基對(duì)數(shù)量更多的緣故（449 bp vs.430 bp）。Lin等[27]的研究表明氯消毒可以降低ARGs的接合轉(zhuǎn)移能力，當(dāng)氯的濃度大于0.3 mg·L-1（接觸時(shí)間0～48 h）時(shí)，細(xì)菌之間的ARGs接合轉(zhuǎn)移頻率可以降低到4.40×10-5甚至是檢測(cè)限以下[27]，而Guo等[28]的研究結(jié)果相反，在氯濃度為0.5～4 mg·L-1（接觸時(shí)間10 min）時(shí)細(xì)菌間ARGs的接合轉(zhuǎn)移被顯著增強(qiáng)。這可能是由于氯消毒處理的差異造成的；此外Guo等的反應(yīng)體系中產(chǎn)生的氯氨可能對(duì)ARGs接合轉(zhuǎn)移起到了促進(jìn)作用。

2 紫外照射

紫外殺菌主要是通過直接和間接兩種機(jī)制，直接機(jī)制是指紫外光（Ultraviolet，UV）可以穿過細(xì)胞壁、細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)直接被核酸吸收，導(dǎo)致相鄰的胞嘧啶或胸腺嘧啶形成二聚體；間接機(jī)制指細(xì)菌胞內(nèi)或胞外的光敏物質(zhì)吸收紫外光產(chǎn)生活性氧（Reactive oxygen species，ROS），活性氧氧化細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)、核酸和其他細(xì)胞物質(zhì)以殺滅細(xì)菌[29]。短波紫外線（100～280 nm）主要通過直接機(jī)制來殺滅細(xì)菌，核酸物質(zhì)對(duì)紫外光的最強(qiáng)吸收峰為λ=254 nm，此波長(zhǎng)的殺菌效果最好[30]。Yoon等[15]采用UV254對(duì)一株抗性大腸桿菌進(jìn)行紫外照射實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌可培養(yǎng)數(shù)量和ARGs濃度都快速降低，但是紫外對(duì)細(xì)胞膜的破壞卻是微乎其微的。紫外照射下，嘧啶堿基比嘌呤堿基更容易形成破壞核酸活性的產(chǎn)物[16]。McKinney等[31]的研究也發(fā)現(xiàn)紫外照射后可以擴(kuò)增的ARGs的比例與ARGs中相鄰胸腺嘧啶的數(shù)量呈很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)。也有研究得出在紫外照射過程中ARGs變化與可移動(dòng)遺傳元件（Mobile genetic elements，MGEs）的變化具有很強(qiáng)的相關(guān)性[32]。

Zheng等[33]研究了紫外照射對(duì)污水廠二級(jí)出水中ARB和ARGs的去除情況，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)紫外照射劑量為40 mJ·cm-2時(shí)，四環(huán)素類抗性基因的去除率僅為52.0%～73.5%；當(dāng)照射劑量升高到160 mJ·cm-2時(shí)，去除率提高為79.7%～92.0%，對(duì)磺胺類抗性基因去除率為71.1%～78.1%；當(dāng)紫外劑量達(dá)到80 mJ·cm-2時(shí)，即無法檢測(cè)到可培養(yǎng)的細(xì)菌。McKinney等[31]的研究也發(fā)現(xiàn)破壞ARGs比滅活A(yù)RB需要更多的紫外劑量。這可能是由于紫外光被RNA和蛋白質(zhì)遮擋從而減小ARGs被照射的幾率[15]。Guo等[34]的研究也發(fā)現(xiàn)紫外照射可以有效去除污水廠二級(jí)出水中ARB，當(dāng)照射劑量為5 mJ·cm-2時(shí)，可去除1.0～2.4（log值）的ARB，同時(shí)造成了部分抗生素的抗性菌的富集。但是也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)紫外照射對(duì)抗性大腸桿菌和普通大腸桿菌的去除效果并沒有明顯差異[35-36]。Hu等[32]研究發(fā)現(xiàn)污水廠二級(jí)出水中氣單胞菌屬和鹽單胞菌等優(yōu)勢(shì)菌群在紫外照射后幾乎消失；而假單胞菌和芽孢桿菌等轉(zhuǎn)而成為優(yōu)勢(shì)菌屬，這可能與這些菌中含有抵抗紫外照射的基因和質(zhì)粒有關(guān)。因此造成實(shí)際污水中ARB富集的原因可能是某些種屬ARB對(duì)紫外照射耐受力較強(qiáng)，在照射后成為優(yōu)勢(shì)種屬[32]。Guo等[36]也對(duì)紫外照射后ARB的光復(fù)活現(xiàn)象進(jìn)行了研究，在照射劑量為5 mJ·cm-2時(shí)，抗性大腸桿菌的復(fù)活率最高為1.0%，但當(dāng)升高紫外劑量時(shí)，光復(fù)活基本可以忽略不計(jì)。也有研究人員對(duì)紫外照射后ARB中ARGs的水平轉(zhuǎn)移能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)紫外照射可以顯著降低ARGs的水平轉(zhuǎn)移能力[27-28]。

3 臭氧氧化

臭氧（O3）的還原電勢(shì)為2.07 V，是一種強(qiáng)氧化劑。臭氧可以選擇性地和有機(jī)分子反應(yīng)，最易和親核性物質(zhì)反應(yīng)，如碳碳雙鍵、苯環(huán)和含有硫、磷、氮和氧的官能團(tuán)[37]。所以一般認(rèn)為臭氧首先氧化細(xì)菌磷脂層和脂多糖中的碳碳不飽和鍵、細(xì)胞膜和細(xì)胞壁中肽聚糖、脂類和蛋白質(zhì)上的氨基酸，溶解細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，以殺死細(xì)菌；然后細(xì)胞的通透性增強(qiáng)，多余的臭氧進(jìn)入細(xì)胞，穿過細(xì)胞質(zhì)與核酸物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)使DNA失活[16-17，37]。臭氧在溶液中會(huì)發(fā)生部分分解，生成羥基自由基（·OH），pH越高分解程度越大，·OH（E=2.8 V）是一種氧化能力比臭氧更強(qiáng)的氧化劑，可以無選擇性地氧化有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)[37]。但是也并不是臭氧的分解程度越大越好，有學(xué)者就發(fā)現(xiàn)臭氧對(duì)ARB的去除能力隨著pH的降低而升高，因?yàn)殡m然·OH的氧化能力更強(qiáng)，但由于其氧化的無選擇性，使得其作用于ARB的量并不高[38-39]。同氯消毒一樣，臭氧對(duì)鳥嘌呤和胸腺嘧啶的氧化速率遠(yuǎn)大于腺嘌呤和胞嘧啶[16]。有研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌DNA中G-C堿基對(duì)占比越大，其在臭氧消毒后的污水中的相對(duì)豐度就越高[40]。

Kordatou等[41]研究發(fā)現(xiàn)臭氧可以有效地去除污水廠二級(jí)出水中的抗性大腸桿菌，在初始臭氧濃度為0.3 mg·L-1，pH=8條件下，接觸15 min就可以將初始濃度為5.00×102CFU·mL-1的紅霉素抗性大腸桿菌和1.50×102CFU·mL-1的羥苯乙酯抗性大腸桿菌完全去除。Sousa等[42]在臭氧流量為150 cm3·min-1的條件下處理污水廠二級(jí)出水，接觸30 min可以去除3.9（log值）的異養(yǎng)菌和2.0（log值）的真菌以及2.0（log值）的16S rRNA和intI1，幾乎可以達(dá)到對(duì)抗生素抗性基因的完全去除。但是3 d后，可培養(yǎng)的細(xì)菌、16S rRNA、intI1和ARGs（除了qnrS）都恢復(fù)到了處理之前的水平。當(dāng)接觸時(shí)間延長(zhǎng)到60 min時(shí)，就不會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌復(fù)活和再生現(xiàn)象。但是Alexander等[40]的研究卻發(fā)現(xiàn)臭氧對(duì)二級(jí)出水中ARGs（vanA、blaVIM、ampC和ermB）的去除率為18.7%～99.3%；對(duì)ARB的去除效果為60.2%～98.9%，所以經(jīng)過臭氧氧化后仍有相當(dāng)數(shù)量的ARGs和潛在致病ARB排放到環(huán)境中，此外還發(fā)現(xiàn)臭氧氧化改變了出水中的微生物群落結(jié)構(gòu)，生物多樣性減少了50.0%。經(jīng)過臭氧處理后，假單胞菌的相對(duì)豐度增加43%，而腸球菌和葡萄球菌的相對(duì)豐度卻大幅降低，造成這種結(jié)果的原因之一就是細(xì)菌基因組中G-C堿基對(duì)的比例不同，因?yàn)锳-T堿基對(duì)更容易和臭氧發(fā)生反應(yīng)[40]。也有研究發(fā)現(xiàn)臭氧氧化可以有效去除ARB，但是對(duì)ARGs的去除效果不佳，所以應(yīng)用于傳統(tǒng)消毒處理的臭氧CT值，并不適用于對(duì)抗生素抗性的去除[38]。

菌株對(duì)臭氧耐受能力是由幾個(gè)因素（如菌落聚集形態(tài)、生物膜和色素的產(chǎn)生等）共同決定的，抗生素抗性可能并不是一個(gè)主要因素。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，ARGs可能會(huì)對(duì)抗性菌造成代謝負(fù)擔(dān)，從而使其相比于同種屬的ASB對(duì)臭氧的抵抗能力更弱[43]。Lüddeke等[44]研究發(fā)現(xiàn)抗性大腸桿菌和葡萄球菌相比于對(duì)應(yīng)的ASB對(duì)臭氧有更強(qiáng)的耐受力，然而抗性屎腸球菌和糞腸球菌對(duì)臭氧的耐受能力比其他種類沒有抗性的腸球菌還弱。這可能是由于其他種類腸球菌主要存在于水環(huán)境中，已發(fā)展出應(yīng)對(duì)氧化的機(jī)制；此外有些腸球菌，如鉛黃腸球菌產(chǎn)生的色素也可能在應(yīng)對(duì)ROS氧化方面發(fā)揮著重要作用。He?等[45]的研究也發(fā)現(xiàn)大部分抗生素的抗性大腸桿菌對(duì)臭氧的耐受能力與ASB沒有差異甚至有些還低于ASB。

4 光氧化

光/H2O2氧化主要是靠H2O2吸收光能后產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的·OH，從而達(dá)到去除水體中ARB和ARGs的目的。Zhang等[46]的研究發(fā)現(xiàn)UV/H2O2可以有效去除污水廠二級(jí)出水中的ARGs，在[H2O2]0=0.01 mol·L-1，pH=7.0 條件下，照射 30 min 可去除 1.55～2.32（log值）。然而Ferro等[47]的研究卻發(fā)現(xiàn)在[H2O2]0=20 mol·L-1條件下，需要紫外照射240 min才能將抗性大腸桿菌（C0=105CFU·mL-1）去除到檢測(cè)限（5 CFU·mL-1）以下，且照射300 min后溶液中的抗性基因blaTEM仍不能去除。研究結(jié)果的差異可能是初始H2O2濃度的不同。然而，過高的H2O2濃度會(huì)使生成的·OH重新結(jié)合，導(dǎo)致H2O2的再生[48]；所以有研究發(fā)現(xiàn)隨著H2O2濃度的增加，對(duì)ARB去除效率的提高并不明顯[49]。

在光芬頓反應(yīng)中，光可以促進(jìn)Fe2+的再生，從而減少了Fe2+的用量，并且光還可以使H2O2直接發(fā)生光解產(chǎn)生·OH[50-51]。反應(yīng)體系中Fe2+/H2O2的摩爾比、H2O2濃度、溶液pH以及光照劑量都會(huì)影響到光芬頓氧化對(duì)ARB和ARGs的去除。Fiorentino等[52]研究了光催化反應(yīng)指太陽光或紫外光被催化劑（比如TiO2、ZnO等）吸收產(chǎn)生ROS的過程，產(chǎn)生的主要ROS有·、·OH、1O2。在光催化反應(yīng)中光的類型、催化劑的種類和用量都會(huì)影響到對(duì)ARB和ARGs的去除。Venieri等[56]研究了摻雜金屬的TiO2在模擬太陽光照射下對(duì)抗性肺炎桿菌（Pneumobacillus）的去除情況，TiO2在模擬太陽光照射下對(duì)ARB的去除效果為3（log值），摻雜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%Mn和0.1%Co的TiO2對(duì)ARB的去除分別為4（log值）和6（log值），這是因?yàn)閾诫sMn或Co后可以擴(kuò)展TiO2可吸收光的波長(zhǎng)范圍，并且同時(shí)在TiO2中摻雜兩種金屬會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效果。Das等[57]的研究發(fā)現(xiàn)在太陽光照射下?lián)诫sFe的ZnO納米顆粒對(duì)抗性大腸桿菌的去除效果要比ZnO納米顆粒和TiO2納米顆粒好，進(jìn)一步的電鏡表征觀察到細(xì)菌細(xì)胞膜在反應(yīng)過程中受到了嚴(yán)重的破壞。為了避免實(shí)際水處理過程中顆粒狀催化劑的回收問題，近年來有學(xué)者采用TiO2薄膜來去除ARB及ARGs，結(jié)果表明在UV254照射劑量為 6 mJ·cm-2和 12 mJ·cm-2時(shí)，TiO2薄膜對(duì) ARB 的去除分別為 4.5～5.0（log值）和 5.5～5.8（log值）。同時(shí)，革蘭氏陽性菌相比于革蘭氏陰性菌對(duì)光催化氧化有更強(qiáng)的耐受力，這可能是由于兩者細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的不同[58]。當(dāng)照射劑量為120 mJ·cm-2時(shí)，可去除5.8（log值）mecA和4.7（log值）ampC，而當(dāng)僅采用UV254照射時(shí)，對(duì)應(yīng)的去除量?jī)H為2.9（log值）和1.6（log值）[31]，由此可見TiO2薄膜在對(duì)ARGs的去除中發(fā)不同F(xiàn)e2+/H2O2摩爾比條件和光照劑量下太陽光芬頓氧化對(duì)抗生素抗性大腸桿菌的去除情況，研究發(fā)現(xiàn)在Fe2+/H2O2=5∶10，QUV=15 kJ·L-1條件下ARB的去除速率最快。Ferro等[49]的研究表明，相比于污水的固有pH，pH=4.0時(shí)ARB的去除速率更快。這是因?yàn)樵谳^低pH條件下鐵離子以光敏性[Fe（OH）]2+的形式存在，不易生成沉淀[53]。Karaolia等[54]的研究表明，光芬頓氧化雖然可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)ARB的完全去除，但是24 h后銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa）即可恢復(fù)到處理前一半的水平；處理后水中總DNA的去除率達(dá)到97.0%，但是其中腸球菌特異標(biāo)記基因、抗性基因sul1和ermB的相對(duì)豐度仍然很高。實(shí)際污水中的自然有機(jī)物質(zhì)（NOM）也會(huì)對(duì)ARB的去除產(chǎn)生復(fù)雜影響，如反應(yīng)初始階段NOM對(duì)·OH的競(jìng)爭(zhēng)消耗，導(dǎo)致對(duì)ARB的去除較慢；但是NOM不但能加快Fe2+/Fe3+的循環(huán)，更能在光的作用下直接產(chǎn)生ROS，所以某個(gè)時(shí)間點(diǎn)后當(dāng)實(shí)際污水產(chǎn)生了足夠的ROS，對(duì)ARB的去除就會(huì)急劇增加[55]。揮著重要的作用[58]。

5 其他

人工濕地是人為設(shè)計(jì)和建造的模擬自然濕地的污水處理工藝，按照布水和水流方式的不同主要分為表流濕地、水平潛流濕地和垂直潛流濕地（上流式或下流式）[59]。人工濕地對(duì)細(xì)菌的去除主要是通過化學(xué)效應(yīng)和物理效應(yīng)的共同作用（機(jī)械過濾、沉淀、氧化和有機(jī)質(zhì)的吸附）以及生物去除作用（生物膜截留、自然死亡以及原生動(dòng)物和線蟲的捕食）[60]。環(huán)境溫度、濕地水力條件、濕地類型以及濕地填料都會(huì)影響到對(duì)ARB和ARGs的去除效果。

在季節(jié)影響方面，F(xiàn)ang等[61]研究了組合表流人工濕地對(duì)14種ARGs的去除情況，結(jié)果表明在冬季和夏季對(duì)總ARGs的去除率分別為77.8%和59.5%。同時(shí)，沉積物與水中的ARGs具有很強(qiáng)的相關(guān)性，由于夏季溫度較高促進(jìn)了ARB的繁殖以及水力擾動(dòng)，使得夏季的去除率較低。Vivant等[62]在采用表面流人工濕地處理污水廠出水時(shí)也得到了相同的結(jié)論。在濕地類型方面，Chen等[63]研究發(fā)現(xiàn)6種不同人工濕地對(duì)總ARGs的去除率為63.9%～84.0%，其中垂直潛流人工濕地對(duì)ARGs的去除效果最好，水平潛流人工濕地（不種植植物）次之，表面流人工濕地去除效果最差；去除結(jié)果的差異可能與各濕地中的吸附過濾、生化過程和氧化還原條件有關(guān)。此外，垂直潛流中水流方向也會(huì)造成去除結(jié)果的差異，有研究發(fā)現(xiàn)雖然上流式和下流式垂直潛流人工濕地對(duì)四環(huán)素類ARGs和intI1的去除率沒有明顯差異，但是前者出水中抗性基因的相對(duì)豐度比后者高[64]。在填料方面，火山巖比沸石對(duì)ARGs的去除效果更好，這種差異可能與兩種填料的表面平均孔徑和pH有關(guān)[65]。Nolvak等[66]的研究表明人工濕地對(duì)ARGs的去除還與對(duì)NO-2-N、NH+4-N和有機(jī)物的去除效率有關(guān)。此外，人工濕地對(duì)不同ARGs的去除效果存在差異。例如，相比于tetW和tetO，人工濕地對(duì)tetM的去除效果較差，這可能是由于在tet基因中tetM具有最廣的宿主范圍；并且tetM一般與結(jié)合子和轉(zhuǎn)座子相關(guān)聯(lián)[67]。雖然人工濕地可以有效去除ARB和ARGs，但是同時(shí)也會(huì)造成抗生素和重金屬在濕地土壤中的累積，進(jìn)一步增加其中ARGs的相對(duì)豐度[64]。

混凝也是去除ARB和ARGs的一種有效方式。常用的混凝劑有氯化鐵和聚合氯化鐵，其中氯化鐵主要是通過雙電層壓縮和電荷中和來去除抗性基因，聚合氯化鐵主要是通過網(wǎng)捕作用和電荷中和來去除ARGs。兩種混凝劑去除機(jī)理的不同可能是造成對(duì)不同ARG去除效率差異的原因[68]。Li等[68]的研究結(jié)果表明氯化鐵和聚合氯化鐵這兩種混凝劑均可有效去除污水中的ARGs。進(jìn)一步的研究表明，混凝劑的類型和用量都會(huì)影響對(duì)ARGs和intl1的去除效果，不同ARG實(shí)現(xiàn)完全去除所需要的混凝劑用量也是不同的[68]。

近年來還有一些應(yīng)用膜生物反應(yīng)器（MBR）去除ARB和ARGs的研究。如Du等[69]的結(jié)果表明，膜生物反應(yīng)器對(duì)tetG、tetW、tetX、sul1和intI1的去除量分別為0.67～3.11、1.88～4.61、1.71～4.73、1.36～3.84（log值）和1.32～3.15（log值），且ARGs的去除與16S rDNA的去除具有很強(qiáng)的相關(guān)性，據(jù)此推斷MBR對(duì)ARGs的去除主要是通過減少生物量來實(shí)現(xiàn)的[69]。Cheng等[70]研究了厭氧膜生物反應(yīng)器對(duì)3種ARB及其攜帶ARG質(zhì)粒的去除效果，研究發(fā)現(xiàn)相比于未污染的膜，受污染的膜對(duì)質(zhì)粒的去除效果更好。但是3種不同污染程度的膜對(duì)質(zhì)粒的去除效率差別不大，這說明體積排阻和生物量并不是影響質(zhì)粒去除效率的主要因素，對(duì)質(zhì)粒的去除主要是靠污染層的吸附和濾餅層誘導(dǎo)產(chǎn)生了更嚴(yán)重的濃差極化[70]。未污染的膜和嚴(yán)重污染的膜對(duì)ARB的去除都可以達(dá)到5（log值），但亞臨界污染的膜對(duì)ARB的去除效果，卻隨著操作壓力的增加而降低。這是因?yàn)殡S著膜的污染操作壓力增加，膜的孔徑會(huì)變大并且細(xì)菌也會(huì)變形，從而使得濾出的細(xì)菌數(shù)量增加，導(dǎo)致去除率的下降。但是當(dāng)膜嚴(yán)重污染時(shí)，膜孔被嚴(yán)重堵塞，再增加壓力也不能致使變形的細(xì)菌通過[70]。

研究表明人工濕地可以有效去除污水中的ARB和ARGs，但是隨著人工濕地的運(yùn)行，基質(zhì)中累計(jì)的ARB、ARGs和污染物質(zhì)也會(huì)越來越多，勢(shì)必會(huì)影響濕地中微生物和植物的生長(zhǎng)繁殖，從而導(dǎo)致去除效果的下降。所以，對(duì)于抗生素抗性和人工濕地生態(tài)系統(tǒng)之間的相互影響還需要更加深入地研究。此外，人工濕地對(duì)ARB和ARGs的去除機(jī)理還不明確，人工濕地的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和管理對(duì)ARB和ARGs去除效果的影響還需進(jìn)一步探索。把混凝和膜技術(shù)等物理處理技術(shù)應(yīng)用到對(duì)ARB和ARGs的去除上，為阻止抗生素抗性的傳播提供了新的思路，但是目前對(duì)這方面的研究報(bào)道較少，還有待更廣泛、更深入地研究。表2歸納總結(jié)了各深度處理技術(shù)對(duì)ARB和ARGs的去除效果，并詳細(xì)比較了其優(yōu)缺點(diǎn)。

表2 各深度處理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及處理效果Table 2 Advantages and disadvantages of advanced treatment processes and removal efficiency of ARB and ARGs

6 總結(jié)與展望

目前有關(guān)污水深度處理中的ARB和ARGs的去除研究，一方面是高效低耗、且能穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)研發(fā)，另一方面是各技術(shù)去除ARB和ARGs的機(jī)理以及ARGs的傳播擴(kuò)散機(jī)制等的深入研究。不同的報(bào)道中ARB和ARGs的去除結(jié)果相差較大，甚至得出相反的結(jié)論，這可能是各研究中環(huán)境變量（如細(xì)菌的種類和豐度、水體溫度、pH和化學(xué)成分以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件）的差異造成的。因此，在應(yīng)用上述深度處理方法時(shí)，也要考慮到環(huán)境變量對(duì)處理結(jié)果的影響。今后，在污水深度處理中ARB和ARGs的去除研究方向包括：

（1）目前各工藝對(duì)ARB和ARGs去除的大多數(shù)研究中都是僅采用單一的技術(shù)，而很少開展兩種以上組合工藝對(duì)ARB和ARGs去除的研究?？紤]到各工藝對(duì)ARB和ARGs的去除機(jī)制存在差異，所以組合工藝可能會(huì)產(chǎn)生協(xié)同效果，以降低整體運(yùn)行成本。所以開展組合工藝對(duì)ARB和ARGs的去除效果及機(jī)理研究是很有必要的。

（2）可移動(dòng)遺傳元件種類眾多，且是造成ARGs水平轉(zhuǎn)移的重要因素之一，然而已有的研究報(bào)道卻非常有限。僅有的涉及到ARGs與可移動(dòng)遺傳元件關(guān)系的研究中也只是考察了Ⅰ類整合子。因此，今后的研究范圍也應(yīng)擴(kuò)展到各種工藝對(duì)其他可移動(dòng)遺傳元件活性的影響，包括對(duì)整合子捕獲ARGs能力的影響以及對(duì)ARGs水平轉(zhuǎn)移的影響。此外，重金屬抗性基因、抗殺蟲劑基因等常和ARGs位于同一可移動(dòng)遺傳元件上，所以其綜合去除以及相互關(guān)系的探究也是十分必要的。

（3）在對(duì)ARB的去除研究中，大多數(shù)研究?jī)H涉及到對(duì)ARB去除效果的分析，以及在研究對(duì)不同ARB的去除差異時(shí)僅進(jìn)行了表觀分析，如細(xì)胞外壁的結(jié)構(gòu)，基因組的大小或不同類型堿基對(duì)的數(shù)量等。但是細(xì)菌在應(yīng)對(duì)外界變化時(shí)也會(huì)作出復(fù)雜的反應(yīng)，所以在研究去除技術(shù)對(duì)ARB的去除時(shí)，也應(yīng)進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄組學(xué)的分析，以對(duì)不同ARB之間的去除差異有更深入的認(rèn)識(shí)。深度處理后抗生素抗性富集的原因還沒有一個(gè)統(tǒng)一的結(jié)論，處理出水中ARB群落結(jié)構(gòu)的改變對(duì)于下游環(huán)境的影響研究也較為缺乏，因此這些方面還需要更加深入地研究。

（4）實(shí)時(shí)熒光定量PCR法是ARGs定量檢測(cè)的主要方法，但是不同研究中所用的不同ARGs擴(kuò)增子的大小不完全一致，考慮到較大的擴(kuò)增子被破壞的概率也大，而較小的擴(kuò)增子受到破壞的概率小，那么這可能是造成各處理方法對(duì)不同ARGs去除效率不同的一個(gè)原因。此外，即使ARGs可以被擴(kuò)增，它也可能已經(jīng)喪失了其抗性功能和傳播擴(kuò)散的能力。基于此，實(shí)時(shí)熒光定量PCR不但會(huì)造成對(duì)不同ARGs檢測(cè)的偏差，還可能會(huì)低估深度處理工藝對(duì)ARGs的去除效果。因此未來還需在ARGs檢測(cè)方法上進(jìn)一步研究，尋求更為準(zhǔn)確有效的檢測(cè)方法。