消毒对水中抗生素耐药基因去除及因素的进展(2)

4 不同消毒方式对耐药菌及抗性基因去除的影响因素

对于ARGs的去除，目前普遍认为常规的净化和消毒方法都具有前景，目前存在较多效果不佳的情况，可能受诸多因素的影响[13,16]。有研究观察到常规废水处理厂能够将AMR大量降低，但去除效率差异很大，认为影响因素可能取决于水处理的类型，应用的处理设置和其他未知因素[1]。

总体来看，影响因素包括：ARB和ARGs种类的差异、消毒方法及消毒机制的差异、消毒剂量及时长、水质因素、生物膜的影响、ARGs的水平转移状况等。

4.1 ARB的种类及ARGs的种类差异及去除效果

由于不同种类的ARB及ARGs的物理构像、化学组成、生物特性的差异，即使同样的处理方法和条件，去除效果也会存在差异。对于ARB通常可能由于细胞壁、基因或基因组大小的差异而使ARB对不同消毒法的耐受性不同，进而效果存在差异。研究结果表明：革兰氏阳性细菌(VRE)对紫外线暴露的敏感性超出革兰氏阴性细菌[17]。

有研究者经过比较后提出，对于研究ARB，合适指标的目标菌建议为：粪便大肠菌群，铜绿假单胞菌，肠球菌和肠杆菌[1,18]。

根据抗生素的作用机制差异，常用来实验的ARGs有几大类：超广谱酶类bla，头孢菌素类ampC，四环素类tetA、tetB、tet等，磺胺类sul，整合酶类intI， 大环内酯类ermB等。

研究表明氯化处理反而会优先提高eARGs对大环内酯(ermB)，四环素(tetA，tetB和tetC)，磺酰胺(sul1，sul2和sul3)，β-内酰胺(ampC)，氨基糖苷(aph(2')-Id)、利福平(katG)和万古霉素(vanA)的丰度。同样，氯化后，iARG的丰度也增加，与tet基因相比，在机械污泥和活性污泥阶段，sul和bla的ARG去除效率较低[19]。Yuan[20]的研究表明氯化消毒对红霉素或四环素抗性基因去除作用比较有限，其中约40%红霉素ARGs和80%的四环素ARGs不能去除。建议使用以下指标的ARGs来监测AMR：广谱抗生素sul1，sul2和tet基因(tetA，tetB，tetO和tetW)，以及vanA和blaVIM抗生素的抗性基因[1]。

4.2 消毒剂的种类及剂量-反应关系

尽管传统的处理氯化处理方法更为常见，但ClO2、O3、UV以及由其衍生的新型消毒方法在去除ARGs中也有很多尝试性结果。有关细菌的去除，研究通过紫外联合氯消毒，在紫外剂量为40 mJ/cm2的常规剂量下，即使氯的加药剂量是只有单一氯消毒工艺单元常规剂量的十二分之一时，联合消毒工艺也可以对病原体做到99%以上的去除。可见联合消毒可以可以较小的剂量对ARB达到更好的消毒效果。

对于废水处理，我国室外排水设计规范 GB-2006(2014年版)规定，氯化消毒，二级处理出水可采用6～15 mg/L的剂量，再生水的加氯量按卫生学指标和余氯量确定，混合和接触时间不小于30 min。通常德国废水的出水浓度为5～10 mg/L[21]。

对于饮用水消毒，Huang等[22]发现，在氯剂量小于2.5 mg/L的次氯酸钠中，ARB的去除效率较为彻底，但能观察到ARB的再生长。 Yuan等[20]也报道了ARB对低氯剂量的相似耐受性。直到增加氯至60和150 mg min/L的Cl2接触量，磺胺嘧啶和红霉素耐药菌才被消除。根据Zhang等[23]的研究，也发现在30 mg/L时可达到最大ARG清除量。

研究认为，有的ARGs的灭活比ARB的紫外线剂量要高几个数量级[24]。实验对市政废水的研究表明，当紫外为5 mJ/cm2时，tetA已经能完全杀灭，但存在某些革兰氏阴性细菌的耐药作用[25]。我国在《室外排水设计规范》污水处理中规定有效紫外剂量最小应达20 mJ/cm2。德国和美国国家水研究所(NRWI)按相关标准要求紫外线消毒通量为40 mJ/cm2及大于20 mJ/cm2[26]，但NRWI还同时建议在水回用中进行紫外线消毒的等效剂量最高为100 mJ/cm2。

我国饮用水臭氧的处理量为3～6 mg/L，对各类污水为30～250 mg/L；研究表明，当臭氧为2.2 mg/L(投加量为11 mg/L)时，对ARGs有去除作用，增加剂量去除效果也不大[26]。德国饮用水指令允许最大臭氧使用剂量为10 mg/L进行消毒[27]。袁展等[28]在臭氧生物活性炭技术进行消毒时，当臭氧投加量达到 1.8 mg/L 时，浑浊度、 TOC、UV254去除率最大。鲁阳[29]等以qnrA和Sul1抗性基因为对象，使用臭氧/紫外耦合处理，臭氧对抗性基因的影响并没有随着臭氧浓度的升高而加大，但会随着时间的延长而加大。

4.3 水质的因素

对于不同的消毒方式，水质影响因素既有共性有有特异性。氯化消毒过程的水质因素：在用氯进行废水消毒时，较低的温度和较高的氨浓度被认为与iARGs的浓度有关[8]。抗生素、DOC、悬浮固体、NH4-N浓度，絮凝结构和pH值均能影响氯对ARB及ARGs的去除[30]。Alexander与 Czekalski等认为臭氧的杀菌作用取决于微生物群落类型、水质参数、碱度、溶解度有机碳(DOC)和颗粒的存在(TSS /浊度)，会负面影响臭氧的稳定性并保护附着在颗粒表面的微生物[31-32]。

文章来源：《中国消毒学杂志》 网址: http://www.zgxdxzz.cn/qikandaodu/2021/0627/645.html