陳 思

溫州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院，溫州 325000

自19 世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)并得到廣泛應(yīng)用以來(lái)，抗生素在人類細(xì)菌性感染疾病的治療方面發(fā)揮了巨大的作用也隨著其在世界范圍內(nèi)需求的不斷增加而被大量使用，其殘留物在自然環(huán)境中不斷蓄積，造成的污染問(wèn)題不容忽視。近年來(lái)在城市污水及制藥廠的生產(chǎn)廢水中均能檢測(cè)到抗生素殘留[1-3]。常規(guī)污水處理方法主要用于去除固體、溶解性有機(jī)物等，抗生素未經(jīng)針對(duì)性去除工藝處理就被排入自然水體，其危害不僅僅表現(xiàn)在對(duì)人體及其他有機(jī)生物產(chǎn)生毒害上，更在于其產(chǎn)生的抗生素耐藥菌（ARB) 和抗藥基因（ARGs）的傳播，導(dǎo)致用于疾病治療的抗生素的療效受到抑制，威脅到了人類的健康和安全。因此，ARB和ARGs 被視作新型環(huán)境污染物[4]，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

醫(yī)院是抗生素的使用主要場(chǎng)所，大多數(shù)抗生素在人體內(nèi)代謝不良，主要通過(guò)尿液排出[5]。與城鎮(zhèn)生活污水相比，醫(yī)院廢水中的ARB 濃度更高[6]，且醫(yī)院污水中往往含有更高濃度的細(xì)菌和藥物，這為ARB的傳播提供了有利條件。故有效去除ARB 和其他可移動(dòng)的遺傳元素并最大限度阻止抗生素耐藥性的傳播，意義重大。本文綜述了醫(yī)院廢水消毒技術(shù)，分析了各技術(shù)對(duì)醫(yī)院廢水中耐藥菌及其基因的去除效果，以期為研究醫(yī)療廢水消毒技術(shù)提供新思路。

1 醫(yī)院廢水中抗生素及耐藥菌的傳播

醫(yī)療廢水成分復(fù)雜，包括多種藥物和高濃度的病原體、病毒和真菌，醫(yī)院污水安全處理意義重大。污水中含有多種化學(xué)物質(zhì)，致使醫(yī)院污水處理設(shè)施的污染物負(fù)荷包括生物殘留物[6-8]。醫(yī)院中抗生素應(yīng)用得較多，且這些抗生素耐藥菌（ARB）很容易通過(guò)空氣于住院患者之間傳播，進(jìn)而造成感染[9]，再通過(guò)病人的尿液等排泄物進(jìn)入醫(yī)院的污水系統(tǒng)中，故在污水中易檢測(cè)到各種抗生素和抗耐藥性細(xì)菌。污水中最常見(jiàn)的耐藥細(xì)菌是VRE、大腸桿菌、革蘭氏陰性銅綠假單胞菌[10]，在醫(yī)院廢水中可以發(fā)現(xiàn)較高濃度的這些抗微生物藥物耐藥性細(xì)菌，并且對(duì)廣譜抗生素青霉素具有耐藥性的產(chǎn)碳青霉酶也已被發(fā)現(xiàn)在醫(yī)院內(nèi)傳播[11]。運(yùn)用消毒技術(shù)來(lái)阻斷抗生素耐藥細(xì)菌傳播已成為關(guān)鍵手段。但是Dodd[12]研究發(fā)現(xiàn)，消毒過(guò)程會(huì)使ARB 失去活性，但細(xì)胞碎片中未受損的DNA 殘基可以通過(guò)自然轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)使環(huán)境中的其他細(xì)菌群產(chǎn)生抗生素耐藥性。甚至，死亡細(xì)菌可以擁有完整的質(zhì)粒，能夠在合適的宿主體內(nèi)自主復(fù)制[13]。因此，要有效控制醫(yī)院廢水中抗生素耐藥細(xì)菌的傳播，消毒技術(shù)就不僅要消滅該類微生物，還要使其遺傳物質(zhì)變性而失去傳播能力。

2 醫(yī)院污水消毒技術(shù)

臭氧消毒、紫外線照射和次氯消毒都是常用的醫(yī)院廢水消毒技術(shù)[14]。每種消毒技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn)。針對(duì)傳統(tǒng)消毒工藝的不足，新興工藝包括光催化氧化技術(shù)、芬頓（Fenton）氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)及超臨界水氧化技術(shù)等高級(jí)氧化技術(shù)都得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。

2.1 傳統(tǒng)消毒技術(shù)

2.1.1 氯消毒

氯消毒是目前醫(yī)院污水消毒中應(yīng)用最廣的技術(shù)，包括液氯消毒、二氧化氯消毒及次氯酸鈉消毒。

Gautam 等[15]對(duì)醫(yī)院污水氯消毒效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。20 mg/L 的Ca（ClO）2在30 min 內(nèi)的消毒率可達(dá)98.5%，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)3 個(gè)不同醫(yī)院廢水處理廠中的抗生素抗性基因（ARGs），這些醫(yī)院均以氯氧化為終端消毒手段，結(jié)果顯示，qnrS、blaSHV-1 和blaDHA-1 基因的ARGs 去除率為（0.85～2.71）log，抑制效果顯著。然而，Yao 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，消毒處理后廢水中的5 種β-內(nèi)酰胺類ARGs（blaOXA-1、blaOXA-10、blaDHA-1、blaSHV-1、blaem-1）和2 種喹諾酮類ARGs(qnrA 和qnrD)的濃度反而會(huì)升高。這一現(xiàn)象可能是由于氯用量不足，誘導(dǎo)形成更多菌毛進(jìn)行共軛轉(zhuǎn)移造成的結(jié)果[17-19]。

2.1.2 臭氧消毒

臭氧具有優(yōu)異的消毒性能，其在水中能夠形成具有更高氧化電位的羥基自由基，羥基自由基的氧化電位僅次于氟[20]。與氯消毒相比，臭氧消毒反應(yīng)快、消殺徹底，且對(duì)ARGs 的去除效果較好。Chiang等[21]研究了中性條件下臭氧對(duì)醫(yī)院污水的消毒效果，發(fā)現(xiàn)添加3.5 mg/L 的O3可以完全去除銅綠假單胞菌。類似添加劑量的臭氧也能夠使總大腸菌群的數(shù)量減少4 log 以上。但臭氧的制備和運(yùn)行成本較高[22]，且臭氧過(guò)量容易產(chǎn)生異味和副產(chǎn)品，進(jìn)而影響人體健康[23]。

2.1.3 紫外線消毒

紫外線（UV）是指波長(zhǎng)在200～400 nm 之間的電磁波，在消毒過(guò)程中無(wú)需投加化學(xué)藥劑，故其不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，無(wú)二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。紫外消毒的原理為波長(zhǎng)為用200～300 nm 的射線破壞細(xì)菌、病毒和單細(xì)胞微生物的氧核糖核酸（DNA）和雙鏈結(jié)構(gòu)核糖核酸（RNA），抑制蛋白質(zhì)合成，可以達(dá)到殺滅細(xì)菌及病原微生物的目的[24]。但紫外消毒效果容易受廢水濁度等因素影響，且存在照射滲透深度不足和消毒后微生物復(fù)現(xiàn)的現(xiàn)象，故紫外線消毒被認(rèn)為不適合單獨(dú)應(yīng)用廢水消毒，更推薦將紫外消毒與化學(xué)消毒工藝結(jié)合，抑制微生物復(fù)活，既克服了單獨(dú)使用紫外消毒的缺陷，也給消毒工作帶來(lái)了雙重保障[25]。

2.2 高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）

高級(jí)氧化技術(shù)（AOP）的去除效率更高，這主要是由于其形成了更強(qiáng)的氧化劑，通常是羥基自由基。羥基自由基通常由O3、H2O2等氧化劑或水的直接光解形成，而紫外線照射等為光解提供了更大的能量。高級(jí)氧化技術(shù)主要包括光催化氧化技術(shù)、芬頓（Fenton）氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù)等。處理醫(yī)院廢水時(shí)可以使用強(qiáng)氧化能力強(qiáng)、氧化速率快的AOPs，且它們沒(méi)有污染轉(zhuǎn)移，也不會(huì)產(chǎn)生大量有毒污泥[26-27]。本節(jié)介紹了幾種AOPs 技術(shù)(芬頓（Fenton）氧化技術(shù)、光催化氧化技術(shù)、電化學(xué)氧化技術(shù))應(yīng)用于去除各種抗微生物耐藥性細(xì)菌和抗微生物耐藥性基因的成效。

2.2.1 芬頓（Fenton）氧化技術(shù)

傳統(tǒng)Fenton 氧化反應(yīng)的條件比較嚴(yán)苛，需在酸性條件下進(jìn)行，F(xiàn)e2+與雙氧水反應(yīng)可以生成具有很高氧化電位的羥基自由基。Fenton 氧化反應(yīng)的效率受溫度、pH 及Fe2+與雙氧水濃度配比的影響。由于Fenton 氧化反應(yīng)的影響因素較多，實(shí)施難度大，處理成本高，同時(shí)雙氧水自身的特性，導(dǎo)致該反應(yīng)還存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[28]。為克服傳統(tǒng)Fenton 氧化技術(shù)的缺陷，研究人員引入超聲波、電、光及一些過(guò)度金屬等現(xiàn)代化技術(shù)來(lái)強(qiáng)化Fenton 氧化的效果。

Munoz 等[29]報(bào)道了Fenton 去除醫(yī)院污水中總大腸菌群的效率。在溫度高于70 °C 時(shí)，該工藝處理后的廢水毒性為原廢水的五分之一。UVC 光照射下的Fenton 工藝可將醫(yī)院廢水中的總大腸菌群和大腸桿菌完全清除[30]。此外，Serna-Galvis 等[31]也評(píng)估了UVC 光照射下Fenton 工藝對(duì)醫(yī)院廢水中耐碳青霉烯類肺炎凱布菌的去除效果，發(fā)現(xiàn)在UVA 光的照射下，使用5 mg/L 的Fe2+和50 mg/L 的H2O2可使細(xì)菌濃度在300 min 內(nèi)降低3.3 logs，而添加9 μm 檸檬酸可以增強(qiáng)UVC 光照射下Fenton 工藝的反應(yīng)過(guò)程，在300 min 內(nèi)可完全去除肺炎凱布菌。他們還提出使用14 709 μm 的Na2S2O8替代H2O2，以提高消毒效率。

2.2.2 光催化氧化技術(shù)

光催化氧化的常用氧化劑有雙氧水（H2O2）和臭氧（O3）等，常用催化劑有二價(jià)鐵（Fe2+）、三價(jià)鐵（Fe3+）、TiO2、WO3等[32]。應(yīng)用最多的是催化光臭氧化工藝（UV/TiO2/O3），該過(guò)程包括從固體催化劑上吸附的氧和臭氧（O2（ads）和O3（ads））提供的羥基自由基[33]。此外，紫外線的照射不僅有助于微生物滲透到細(xì)胞中，還可以通過(guò)氧化劑的光活化作用促進(jìn)羥基自由基產(chǎn)生，Machado 等[34]利用配備低壓殺菌汞燈的斜坡式反應(yīng)器，研究了催化光臭氧化工藝去除醫(yī)院污水中耐熱大腸菌群的方法。他們得出結(jié)論，在光照射斜坡中使用2.96 mg/cm2的TiO2，并在反應(yīng)器內(nèi)部空氣中產(chǎn)生5.8 mg/h 的O3，可以使廢水在處理60 min 后完成徹底的消毒。Kis 等[35]也在相同的操作條件下使用該催化光臭氧化工藝（UV/TiO2/O3）工藝對(duì)醫(yī)院廢水進(jìn)行了消毒。結(jié)果表明，催化光臭氧化工藝（UV/TiO2/O3）作以為一種有效的消毒方法，可以達(dá)到完全去除大腸桿菌和耐熱大腸菌群的目的。

2.2.3 電化學(xué)氧化技術(shù)

電化學(xué)氧化技術(shù)在電場(chǎng)、磁場(chǎng)及高溫高壓等條件下，利用雙氧水及臭氧等強(qiáng)氧化劑，通過(guò)反應(yīng)產(chǎn)生OH、O2-等高氧化電位自由基，將廢水中難降解的大分子污染物降解為小分子物質(zhì)[36]。電化學(xué)氧化技術(shù)主要依靠電極反應(yīng)和自由基進(jìn)行氧化。Zhou 等[37]使用Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2陽(yáng)極和碳纖維陰極去除糞大腸桿菌（9.101 CFU/mL）。施加80 Am-2電流密度，12 min 內(nèi)可以達(dá)到完全消毒的效果，這可能是由于反應(yīng)中NaCl 的初始質(zhì)量濃度大于200 mg/L，電化學(xué)產(chǎn)生了較多游離氯，可以提高消毒率。Rieder 等[38]研究了一種基于脈沖電場(chǎng)（PEF）的新型消毒方法。PEF 技術(shù)直接應(yīng)用于生物細(xì)胞膜，膜上的雙層磷脂在PEF 作用中被破壞，細(xì)胞發(fā)生裂解。研究表明，在PE 的F 作用下，銅綠假單胞菌可以被完全清除。另外，通過(guò)測(cè)定醫(yī)療廢水中降解遺傳物質(zhì)的核酸酶活性，未發(fā)現(xiàn)促進(jìn)ARB 傳播的遺傳轉(zhuǎn)移的情況。

3 結(jié)論與展望

當(dāng)前，對(duì)醫(yī)院污水進(jìn)行消毒處理，應(yīng)用較多的還是傳統(tǒng)消毒技術(shù)，但它們?cè)诳刂瓶股啬退幖?xì)菌傳播方面存在一定的局限性，可以采用結(jié)合多種消毒技術(shù)的模式來(lái)克服單一消毒技術(shù)的不足，但對(duì)其技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的研究有待補(bǔ)足。

高級(jí)氧化技術(shù)（AOPs）可促進(jìn)產(chǎn)生大量高活性物質(zhì)，其具有氧化性強(qiáng)、效率高和消殺徹底等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)重視對(duì)基于高級(jí)氧化技術(shù)的消毒技術(shù)的研究，克服反應(yīng)器材料、電極材料、過(guò)渡金屬等因素的制約，降低使用成本，優(yōu)化操作條件，最大限度地減少消毒時(shí)產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物，確保該技術(shù)的有效性和經(jīng)濟(jì)性。

目前，高級(jí)氧化技術(shù)的應(yīng)用大多還停留在中試規(guī)模，日后還需對(duì)擴(kuò)大該技術(shù)的使用規(guī)模展開深入研究。