城市生活垃圾卫生填埋过程抗性基因迁移机制及控制对策研究

The overuse of antibiotics has speeded up the emerging of antibiotic resistance genes (ARGs) and resistance on microorganisms in environment, which therefore attracts increasingly more attention on ARGs research in different environmental media. However, few research is reported to focus on municipal solid waste (MSW) process, particularly on the dissemination of ARGs in sanitary landfill. The lack of relative research may underplay the necessity to establish the control strategies of reducing the corresponding ecological risks. In this project, the trend in targeted ARGs occurrence in MSW landfill will be investigated, and based on the analysis of ARGs level in different media during stages of landfill and process, as well as the relationship with the physic-chemical parameters and bacterial community compositions, the mechanism of ARGs dissemination is expected to be revealed, which can provide the comprehensive understanding on potential ecological risk pertinent to ARGs during landfill process. The pilot scale reactors are designed to simulate onsite landfill leachate recirculation under various operational conditions, the control technology will be explored to provide an efficient onsite control strategies for ARGs reduction.

随着抗生素滥用导致环境中新型污染物——抗性基因（ARGs）传播风险的增大，不同环境介质中ARGs的研究日益受到关注。但长期以来生活垃圾填埋处理过程中ARGs的研究缺乏，特别是卫生填埋过程中ARGs的迁移变化规律尚不明了，将影响到人们对填埋场ARGs生态环境风险的认识以及相应控制措施的采取。本课题以城市生活垃圾卫生填埋过程中目标ARGs的产生和迁移变化为研究对象，通过分析实际填埋场不同填埋阶段，以及实验室模拟的不同填埋工艺下固体垃圾和渗滤液中ARGs的浓度水平，研究其与各理化指标和微生物菌群变化之间的关系，揭示填埋过程ARGs迁移变化规律和机理，为填埋场ARGs的潜在生态风险研究提供依据；通过研究填埋场反应器在不同渗滤液回灌条件下的ARGs变化情况，探讨填埋场反应器削减ARGs的调控方法，为实际生活垃圾卫生填埋场ARGs的原位控制提供对策。

我国目前每年约有1.8亿吨城镇垃圾通过卫生填埋的手段来处置，由于固废管理水平不够完善，导致填埋场成为抗生素抗性基因（ARGs）的一个重要污染源。本项目通过采集城市垃圾填埋场样品，结合实验室填埋反应器，分析ARGs在填埋不同环境中的变化，阐释填埋环境中ARGs的传播机理，并评估了不同渗滤液处理技术对ARGs的削减和传播控制能力。研究发现：.1）填埋初期样品抗生素的含量要显著高于中期和后期（300 -100μg/kg），但ARGs的丰度却基本保持在 6.5 log10(copies/ngDNA)；在渗滤液中，抗生素从初期的1500 ng/L，降低到后期的900 ng/L，但ARGs在后期样品中的显著富集。在渗滤液中，ARGs的传播和富集主要与可移动基因元件（MGEs）相关，并且抗生素、重金属表现出和目标ARGs较紧密的关联性。而在固体垃圾中，ARGs的结构主要受到该环境中细菌群落组成的显著影响。2）实验室构建的填埋模拟反应器（25 L），在重金属和抗生素共存的条件下， 不同ARGs分别有了上升（磺胺类）和下降（β内酰胺类）的趋势。准好氧条件有助于目标ARGs的产生，而厌氧显著地延缓了ARGs在渗滤液中的产生。此外，利用MGEs丰度存和环境银子进行多元回归、偏最小二乘法模拟，准确预测了磺胺类和β内酰胺类ARGs的变化。3）污水厂渗滤液处理工艺可以削减ARGs和MGEs(2-3数量级)，填埋渗滤液原位回灌技术，也可以削减2个数量级的ARGs，但后者对MGEs的控制也比较有限。但其排水（除高级氧化外）会造成混合水体中MGEs和ARGs丰度约1-2个数量级和2-3个数量级，同时也增加了ARGs和MGEs的关联性。表明传统渗滤液处理技术对出水中ARGs的传播控制能力有限。.本研究揭示了长期填埋体系中ARGs的变化传播机理，通过构建和运行填埋反应器，预测并验证了ARGs在渗滤液中丰度变化的特征，指出了传统的渗滤液处理技术会导致受纳水体中ARGs的富集、传播能力的增强，增加潜在抗生素抗性风险。研究结果对垃圾填埋场等相关人为源污染环境中ARGs的传播机理探究、丰度变化预测及风险控制相关研究提供了重要的理论依据。