典型抗生素和抗性基因在污泥厌氧消化系统中的分布和迁移转化机制研究

Municipal wastewater treatment plants are one of the main sources of antibiotics and ARGs entering into natural environment. Extensive studies have focused on distribution and removal of antibiotics and ARGs in wastewater treatment processes, but researches on their behavior characteristics in sewage sludge treatment processes are still very limited. Digested sludge is often used as soil improvement materials and manure. Therefore, it is very important to investigate the mechanisms of distribution, migration and transformation of antibiotics and ARGs in the anaerobic sludge digestion system, so as to know and control the potential contamination risk of these contaminants to soil. Considering the related study is limited, the commonly used mesophilic anaerobic sludge digestion process will be utilized in this study. This project plans to investigate the distribution characteristics of typical antibiotics and ARGs during the long-term steady operation of anaerobic sludge digestion system, and study the adsorption behavior and biodegradation process of typical antibiotics in the anaerobic digester in order to understand their migration and transformation mechanisms. This project also plans to further investigate the effects of sludge pretreatment methods on the distribution and removal of antibiotics and ARGs in the anaerobic sludge digestion system. This study contributes to provide reference and scientific basis for antibiotic contamination control and environmental protection strategies.

城市污水处理厂是抗生素和抗性基因（ARGs）进入自然环境的主要源头之一，目前已有研究主要集中在这些污染物在污水处理系统的分布和去除方面，而它们在污泥处理系统中行为特征的研究仍很薄弱。污泥经厌氧消化后经常会用于土壤改良或农田肥料，因此开展抗生素和ARGs在污泥厌氧消化系统中的分布和迁移转化机制研究，对于掌握和控制这些污染物对土壤的潜在污染风险十分重要。鉴于目前该方面研究薄弱，本研究拟针对目前世界范围内最常用的污泥中温厌氧消化工艺，考察典型抗生素和ARGs在污泥厌氧消化系统长期运行过程中的分布特征，研究抗生素在厌氧消化反应器中的吸附行为和生物降解过程，以期了解其在消化系统中的迁移转化机制；并进一步考察污泥预处理方法对抗生素和ARGs在污泥厌氧消化系统中分布和去除的影响，为抗生素污染控制提供参考依据，为环保决策提供科学依据。

城市污水处理厂是抗生素和抗性基因（ARGs）进入自然环境的主要源头之一，目前已有研究主要集中在这些污染物在污水处理系统的分布和去除方面，而它们在污泥处理系统中行为特征的研究仍很薄弱。本研究针对污泥中温厌氧消化工艺，考察了典型抗生素和ARGs在污泥厌氧消化系统长期运行过程中的分布特征，研究抗生素在厌氧消化系统中的迁移转化机制，考察了污泥预处理方法对抗生素和ARGs在污泥厌氧消化系统中分布和去除的影响，为抗生素污染控制提供参考依据。. 对污水处理厂污泥厌氧消化系统进出泥中的抗生素进行质量平衡分析，结果显示罗红霉素、阿奇霉素和土霉素平均去除率为51.7% ~ 62.7%，诺氟沙星、氧氟沙星、四环素、金霉素和脱水红霉素平均去除率为35.3% ~ 43.5%，环丙沙星平均去除率仅为18%。经过污泥厌氧消化过程，大部分抗生素从污泥固相向液相发生了迁移。. 污泥中磺胺类抗生素浓度水平较低，主要的抗生素污染物为诺氟沙星、氧氟沙星、氧四环素和阿奇霉素。污泥中的抗生素89.9%以上吸附在污泥上，溶解态抗生素占总质量浓度的百分比很小。. 超声、碱解、热水解预处理技术对抗生素有显著的促溶效果，但对后续厌氧消化过程中抗生素的去除没有明显的促进作用。抗生素降解的限制步骤是抗生素的生物降解，而不是抗生素的溶解过程。喹诺酮类抗生素在污泥中的浓度水平较高，且厌氧消化降解率较低，该类抗生素在污泥处理处置流程中应做关键性考虑，引起足够的重视。. 污泥厌氧消化系统初始pH为7.5时有利于污泥中抗生素的降解去除。同时，在厌氧消化系统所需的碱度范围内，提高系统内的碱度对抗生素的去除具有促进作用，氨氮浓度的升高对抗生素的降解有抑制作用。. 厌氧消化系统对绝大部分ARGs有去除作用。在污泥预处理-厌氧消化系统中，碱解，热水解和超声预处理可以促进厌氧消化过程中ARGs的去除，且相比于碱解和热水解预处理，超声预处理在厌氧消化过程中对ARGs的去除具有更好的增强效果。细菌群落结构分析显示，系统中ARGs的变化与Proteobacteria及其主要纲级别下的Betaproteobacteria有关。