57 / 2025-03-14 21:14:44

污水处理过程中空气中细菌和抗生素抗性基因的污染及其紫外介导的去除机制

污水处理；生物气溶胶；抗生素抗性基因；紫外线；清除效应

摘要：污水处理过程中产生的生物气溶胶可能含有致病菌和抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，ARGs），可对周围环境和人群健康构成潜在风险。紫外线辐射已被广泛用于降低微生物活性，但其对ARGs的影响尚不明确。本研究从某市政污水处理厂（Wastewater treatment plant，WWTP）的生化池处采集了生物气溶胶和污水样本，并在实验室中模拟了曝气过程。通过改变紫外线辐射的持续时间，探讨了紫外线对空气中细菌和ARGs的影响。测定细菌浓度，通过高通量测序分析样本的微生物组成，并使用高通量定量PCR（HT-qPCR）检测不同紫外线照射时间后生化池和实验室空气中的ARGs。结果显示，城市污水处理厂生化池空气中的细菌浓度为88 CFU/m³，其中有51%为肠道细菌。生化池处空气样本中检测出机会致病菌，其中包括鞘氨醇单胞菌（Sphingomonas，9.57%）和假单胞菌（Pseudomonas，5.36%）。HYSPLIT轨迹分析表明，ARGs的扩散面积则达到75.242 km²。空气中检测出的ARGs类型主要包括氨基糖苷类、多重耐药类和移动遗传元件（Mobile genetic elements，MGEs）。曝气实验中，紫外线照射10到15分钟后，空气微生物的去除率可达到87.5%，但随着暴露时间的增加微生物浓度略有上升。空气中ARGs的相对丰度在紫外线照射5分钟达到峰值，15分钟达到最低。紫外线照射15分钟后的空气样品中，检出的ARGs种类最少（2种），去除率达到99.3%。紫外线照射对四环素和大环内酯ARGs的去除率达到100%，同时紫外线照射对MGEs和β-内酰胺ARGs的清除率分别为86.03%和39.98%。磺胺类、多重耐药类和氨基糖苷类ARGs在紫外线照射15分钟内减少，但在紫外线暴露时间延长并未进一步降低。因此，应加强对污水处理厂的监督和管理，改进污水处理厂的消毒方法，以降低人群中耐药菌的感染风险和抗生素抗性基因在人群间的传播风险。