蛋白类有机质在水厂各处理单元中的去除特性

蛋白类有机质（pDOM）广泛存在于天然水体中,是非常重要的含氮消毒副产物前驱物.近年来,其在饮用水处理过程中的去除和控制逐渐受到广泛关注.本文以两个实际饮用水厂不同工段进出水为研究对象,通过高效尺寸排阻色谱联合紫外、荧光及有机碳检测器的分析方法,对水样中pDOM不同分子量组分的去除特性及变化规律进行探究.同时,选取混凝和活性炭吸附两种水处理技术进行小试实验,进一步探究pDOM组分在常规处理单元的去除规律.结果表明,pDOM在不同水处理单元具有不同的去除特性,预氧化能够有效分解类色氨酸和类酪氨酸型高分子组分,且随着氧化剂氧化作用增强,更多的高分子组分被氧化分解为小分子,但一些分子量较大的脂肪族蛋白等组分则难以被氧化分解;混凝沉淀对高分子组分有良好去除效果,尤其是类色氨酸型pDOM,且混凝过程可能存在一定量pDOM组分的释放,多为小分子及疏水性组分;活性炭过滤易去除分子量较低及疏水性较强的组分,但炭砂滤池长期运行可能存在微生物滋生,因此造成出水部分pDOM组分浓度增加;紫外消毒在一定程度上提高了小分子组分的去除效率.由于实际水厂运行过程中水质条件变化复杂且微生物活动不可控,故各处理单元对pDOM的去除并没有展现协同作用.且相比于腐殖质类物质,pDOM组分受水质变化影响较大,从整体工艺流程来看,去除效果有限.因此在水厂未来运行中,应加强进出水中pDOM各组分的监测,及时对各处理单元运行参数进行调整,同时考虑结合臭氧-生物活性炭工艺,或增加纳滤等膜过滤单元,严格控制pDOM组分的去除.     

南京地区污水厂、自来水厂及长江中抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征

近年来,新型抗性基因以其易传播和耐药广等特性,展现出比传统抗性基因更严峻的健康风险,在临床卫生领域受到广泛关注,但目前对其在环境中的行为和风险研究很少.为此,考察了2种有代表性的新型抗性基因MCR-1和NDM-1的污染特征,并借助荧光定量PCR探索了长江下游（南京段）及附近污水厂和自来水厂中MCR-1和NDM-1的分布特征,进而采用RDA（冗余性分析）评价了分布特征受水质指标的影响效果.结果表明:①污水厂进水中MCR-1和NDM-1绝对丰度较高,且随处理流程呈下降趋势,总去除率分别为92.5%和92.7%,但出水中MCR-1和NDM-1绝对丰度仍分别达2.5×108和7.0×106 copies/L.②长江下游（南京段）各采样点MCR-1和NDM-1绝对丰度的范围分别为8.5×107~3.5×109和4.3×105~2.1×107 copies/L,随水流方向呈降低趋势,但在个别采样点出现异常升高的情况,主要受该区域人为污染的影响.③自来水厂处理工艺对MCR-1和NDM-1去除率分别为75.0%和70.6%,但出水中存留的MCR-1和NDM-1绝对丰度分别达1.4×107和6.3×104 copies/L,且MCR-1和NDM-1在排泥水中大量富集.④MCR-1绝对丰度与ρ（COD_Cr）、ρ（NH₃-N）、电导率呈正相关,而NDM-1绝对丰度仅和浊度存在弱相关关系,与其他水质指标无明显相关性.研究显示,污水处理工艺无法有效去除MCR-1和NDM-1,大量抗性基因通过污水厂出水排入长江,同时自来水厂以含有较高绝对丰度抗性基因的长江水作为水源水,最终自来水厂出水中残存的抗性基因可能进入人体,生态健康风险较大.      

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.     

人工湿地去除抗生素抗性基因的研究进展

抗生素抗性基因（ARGs）在环境中的污染现状和危害逐渐受到重视.常规的水处理工艺在减少抗生素耐药菌（ARB）方面表现出非常好的效果.然而,即使在消毒过程中ARB完全失活,产生游离的ARGs也可能通过转化或转导等手段整合到其他微生物体内,使ARGs在环境中传播和扩散.因此,需要有特定的工艺处理废水中的ARGs.人工湿地是目前有效且经济环保的废水处理工艺,并且已有大量研究表明在去除抗生素和ARGs方面有显著效果.通过综述目前国内外人工湿地水处理系统对ARGs的去除效率的研究进展,结果表明,潜流人工湿地相较于表面流人工湿地对ARGs的去除效率更高.人工湿地对ARGs的去除效率因人工湿地强化类型、植物、温度和pH等因素而异,在去除环境中ARGs的应用有广阔的前景,同时也面临挑战.     

厌氧消化对污泥中抗生素抗性基因削减的影响

为了系统地了解厌氧消化及其强化工艺对污泥中抗生素抗性基因的削减效果,明确抗性基因在厌氧消化过程中的降解机制,从几种常见的厌氧消化工艺入手,结合国内外研究进展,综述了高温厌氧消化、预处理和投加外源添加剂等强化工艺对污泥中不同抗生素抗性基因的削减效果和影响因素,发现污泥中抗生素抗性基因的归趋主要与污泥中选择性压力的大小、宿主菌群的丰度、水平转移的效率和抗性基因的耐药机制等有关。厌氧消化及其强化工艺主要通过破坏污泥细胞结构,减少宿主菌群丰度或降低抗性基因水平转移风险的作用机制来实现抗生素抗性基因的高效削减。     

过硫酸盐活化方式对水厂二级出水中有机物和抗生素抗性基因的去除效能与机制

分别采用纳米零价铁(nZVI)和超声(US)技术对过硫酸盐(PS)进行活化,探究PS、nZVI/PS和US/PS 3种预氧化工艺对城市污水厂二级出水中不同类型抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)和溶解性有机物(dissolved organic matter, DOC)的去除效能与机制。结果表明:最佳PS和nZVI投加量为4,2 mmol/L,US最佳功率为40 kHz,经过PS、nZVI/PS和US/PS预氧化反应后,二级出水中ARGs(tetA、tetC、sulⅠ、sulⅡ),intⅠ1及16S rRNA的浓度分别为104.38~106.82,104.02~105.97,104.02~106.98 copies/mL;在最佳反应条件下DOC去除率分别为11.2%、17.2%和15.3%;其中,nZVI/PS对ARGs和DOC的去除效果最好。3种预氧化过程中均有OH·和SO₄-·参与反应,相较于PS和US/PS,nZVI/PS预氧化过程中产生的SO₄-·和OH·含量最多,且SO₄-·在反应体系中的浓度最高。因此,nZVI/PS预氧化方式可作为后续处理二级出水中ARGs和DOC的有效去除方法。     

废水处理系统中抗生素抗性基因分布特征

废水处理厂被认为是抗生素抗性基因(ARGs)的重要污染源.为探究抗性基因在进水状况复杂的废水处理厂沿程的分布变化特征,选取以生产抗生素为主导行业的某化工园区废水处理厂,使用实时荧光定量PCR对废水处理厂沿程ARGs的种类、丰度变化进行研究.结果表明,废水处理厂水体中检出16种ARGs,四环素类、磺胺类ARGs为废水处理厂中占主导的抗性基因,并检出可移动遗传元件int I1,其丰度与磺胺类抗性基因的丰度(P 0. 05,r 0. 95)存在相关性,表明可移动遗传元件int I1可能促进了磺胺类抗性基因的迁移和转化.园区医药企业以合成大环内酯类抗生素为主,由于选择性压力,园区废水中,erm B抗性基因的绝对丰度远远高于其他废水中erm B的绝对丰度.废水经过废水处理厂生物处理工艺,总ARGs绝对丰度下降了1. 16个数量级,经过芬顿工艺处理后,总ARGs绝对丰度下降了2. 46个数量级,表明该废水处理工艺中深度处理工艺对ARGs的去除效果优于生物处理.高浓度、可移动的ARGs已经存在于水体中,如果没有得到有效治理,从废水处理厂排出,将给环境带来高度风险.     

饮用水处理过程中全氟化合物的分布、转化及去向

全氟和多氟烷基物质(PFASs)存在于地表水、自来水甚至商业饮用水中,对人类健康构成威胁.在以太湖为源头的某大型饮用水处理厂(DWTPs)中研究了14种PFASs的检出和转化.结果表明,共有10种PFASs在水样中被检测到,说明PFASs在饮用水中分布广泛.原水中的PFASs总浓度为127.4ng·L^-1,其中最高浓度为全氟辛酸(PFOA, 49.8ng·L^-1).预臭氧会导致PFASs的浓度反向升高,这可能是由于前体物的存在或由短链向长链进行转化导致.常规处理工艺无法有效去除PFASs, O₃-BAC在DWTPs的处理过程中对PFASs的去除(20.74%)具有主导作用.O₃-BAC作为DWTPs的主要去除工艺,其反冲洗水中含有浓度较高的PFASs,分布特征与原水相似.利用中试装置,对比了5种常见的滤池反冲洗水处理工艺,结果表明,GAC-超滤可以在保证浊度较高去除率(99.08%)的基础上,吸附并截留一定量的PFASs.从三维荧光分析可得,GAC-超滤也可去除大部分荧光微污染物,对于原水含有较高浓...     

九龙江下游水源水中新发病原微生物和抗生素抗性基因的定量PCR检测

新发水传病原微生物和抗生素抗性基因对于饮用水的生物安全性有重要意义.以7种典型的水传病原微生物和4种抗生素抗性基因作为检测指标,对闽西南地区的重要水源九龙江下游水源水进行了检测.从九龙江下游4个采样点和附近某水厂进出水采集水样,用0.22μm的滤膜过滤后,进行DNA提取及荧光定量PCR检测.结果表明,九龙江下游水源水中Salmonella enterica(Salmonella spp.)、Legionella pneumophila(L.pneumophila)和Pseudomonas aeruginosa(P.aeruginosa)等个别指标可达到103、104、105copies.mL-1的水平.有机物浓度可能对病原微生物和抗生素抗性基因的水平有较大影响.水厂常规工艺对于大多数病原微生物和抗生素抗性基因可以实现有效去除,但对Salmonella spp.的去除效果不理想.因此为保证饮用水安全,需要在清理污染源、提高处理工艺水平以及末端控制方面加强管理.     

饮用水活性炭净水器对抗生素抗性基因的去除效果

为了评估不同类型家用饮用水活性炭净水器对常规水质及新型污染物抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes, ARGs）的净化能力,购置了6种具有不同滤芯结构的家用活性炭净水器,对常规水质指标及抗性基因的动态变化（80 d）进行跟踪调查。实验结果显示:活性炭净水器能长期有效去除余氯,但对有机物的去除效果随着时间推移而减弱。活性炭的物理性质对净水性能影响较大,比表面积越大,吸附性能就越强,去除有机物的能力就越高。采用qPCR定量分析了饮用水中5种抗性基因,绝对丰度最高的是sul1和tetA,活性炭净水器出水中抗性基因的绝对丰度随时间增加逐渐上升,48~80 d时出水中抗性基因绝对丰度达到较高水平。具有刚性孔隙和渐紧过滤结构的烧结活性炭能对抗性基因起到一定的控制效果。水中有机物质和Ⅰ类整合子intI1在抗性基因的增殖与传播中发挥了重要作用。     

江苏省代表性水源地抗生素及抗性基因赋存现状

抗生素和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）是环境中重要的新兴污染物,为探明江苏省代表性水源地多种环境介质中抗生素和ARGs的污染水平及影响因素,于2018年12月和2019年6月采集苏北、苏中和苏南的5处代表性集中式饮用水水源地取水口处水体、表层沉积物和石相附着生物膜样品,对3种介质中10种代表性抗生素浓度、1类整合子酶基因intl1和7种代表性ARGs的绝对丰度进行检测分析.结果表明,5处水源地中目标抗生素和ARGs处于较低赋存水平.磺胺类抗生素在水体、表层沉积物和附着生物膜中的赋存量分别为NF（未检出）~37.4 ng·L^-1,NF~47.3 ng·g^-1和NF~3759.1 ng·g^-1.喹诺酮类抗生素在3种介质中的浓度和含量分别为NF~5.3 ng·L^-1、0.4~32.5 ng·g^-1和NF~4220.9 ng·g^-1.目的ARGs中,sul1、sul2、tetW和tetQ的检出率为100%,其中磺胺类抗生素ARGs,即sul1和sul2基因丰度最高.表层沉积物和附着生物膜中的ARGs丰度相当,高于水体中ARGs的丰度.网络分析结果表明,所属拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、疣微菌门和放线菌门的细菌最有可能成为代表性水源地中ARGs的潜在宿主,在ARGs的扩散和转移过程中起重要作用.研究结果对于江苏省集中式饮用水源地水环境质量状况评估和水质安全保障具有一定的科学指导意义.     

水源型水库抗生素抗性基因赋存特征研究

饮用水水源地中抗生素抗性基因会威胁生态安全和人类健康.为了探究抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)在金泽水源型水库中的赋存特征,以及水库净化措施对抗生素抗性基因的净化作用,选择微生物活性较高的夏季时期采集水样,采用高通量荧光定量PCR和16S rRNA实时荧光定量PCR进行研究.结果表明,该水库检出62种ARGs;多重抗药类、氨基糖苷类和磺胺类ARGs为水库内占主导的抗性基因.抗生素抗性基因绝对丰度从水库的预处理区至生态净化区,再至输水区呈逐渐降低的趋势,表明水库净化措施对削减ARGs含量有一定作用.抗性基因丰度与可移动基因元件(Mobile Genetic Elements,MGEs)丰度存在显著相关性(p0.05),表明MGEs对ARGs的水平转移、传播和富集具有重要作用.     

抗生素抗性基因(ARGs)——一种新型环境污染物

抗生素的环境污染与生态毒性近年来引起了日益广泛的关注.水产养殖和畜牧业抗生素长期滥用的直接后果,很可能诱导动物体内抗生素抗性基因,经排泄后将对养殖区域及其周边环境造成潜在基因污染.抗性基因还极有可能在环境中传播、扩散.对公共健康和食品、饮用水安全构成威胁.为此,提出了将抗生素抗性基因作为一类新型环境污染物,对该类污染物在环境中的来源、潜在的传播途径以及国内外相关研究进展进行综述,指出了当前形势下我国开展环境中抗生素抗性基因污染研究的必要性,建议尽快从国家层面上系统进行抗生素抗性基因的环境污染机理与控制对策研究.     

畜禽养殖废水生物处理与农田利用过程抗生素抗性基因的转归特征研究进展

兽用抗生素的广泛使用造成了畜禽养殖场及其周边环境中抗生素抗性基因丰度的提高,而畜禽养殖废水所携带的抗性基因在生物处理及其农田利用过程中的转归规律尚不明确,存在抗性基因从畜禽养殖场向周边环境的传播风险.本文通过文献调研,综述了畜禽养殖废水中抗性基因的赋存特征、抗性基因在畜禽养殖废水生物处理和农田利用过程中转归的研究进展,并提出了今后的研究方向,以期为揭示畜禽养殖废水在生物处理和农田利用过程中抗性基因的消减规律、降低抗性基因传播风险提供借鉴.     

The control of red water occurrence and opportunistic pathogens risks in drinking water distribution systems: A review

Many problems in drinking water distribution systems (DWDSs) are caused by microbe, such as biofilm formation, biocorrosion and opportunistic pathogens growth. More iron release from corrosion scales may induce red water. Biofilm played great roles on the corrosion. The iron-oxidizing bacteria (IOB) promoted corrosion. However, when iron-reducing bacteria (IRB) and nitrate-reducing bacteria (NRB) became the main bacteria in biofilm, they could induce iron redox cycling in corrosion process. This process enhanced the precipitation of iron oxides and formation of more Fe₃O₄ in corrosion scales, which inhibited corrosion effectively. Therefore, the IRB and NRB in the biofilm can reduce iron release and red water occurrence. Moreover, there are many opportunistic pathogens in biofilm of DWDSs. The opportunistic pathogens growth in DWDSs related to the bacterial community changes due to the effects of micropollutants. Micropollutants increased the number of bacteria with antibiotic resistance genes (ARGs). Furthermore, extracellular polymeric substances (EPS) production was increased by the antibiotic resistant bacteria, leading to greater bacterial aggregation and adsorption, increasing the chlorine-resistance capability, which was responsible for the enhancement of the particle-associated opportunistic pathogens in DWDSs. Moreover, O₃-biological activated carbon filtration-UV-Cl₂ treatment could be used to control the iron release, red water occurrence and opportunistic pathogens growth in DWDSs.     

生物过滤饮用水深度处理:机遇与挑战

源水水质的恶化给传统的饮用水处理工艺带来了挑战.生物过滤是饮用水消毒输配之前管理、维护及增强颗粒滤料表面生物活性以去除有机和无机物的过程.由于具有高效、低成本等优点，生物过滤在饮用水深度处理工艺中逐渐得到广泛的应用.本文综述了生物过滤在饮用水处理过程中对水中溶解性有机质（消毒副产物前体物）的去除、微量污染物的削减、嗅味化合物及氨氮的去除等.此外，针对生物过滤在水深度处理过程中存在的问题，本文详细讨论了含氮消毒副产物前体物的生成、低温下生物过滤效能下降等挑战，并提出了今后需要研究的问题.     

蚯蚓生物滤池削减剩余污泥中ARGs和ARB的效果研究

蚯蚓生物滤池(vermifiltration, VF)是一种低碳、环境友好的生态技术。基于其良好的剩余污泥减量化效果,以不加蚯蚓的普通生物滤池(biofilter, BF)为对照,探究蚯蚓生物滤池对新型污染物——抗生素抗性菌(antibiotic resistance bacteria, ARB)和抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的去除效果。结果表明:与BF相比,VF对ARB(四环素类抗性菌、磺胺类抗性菌和双抗性抗性菌)的去除率增加25百分点以上,对ARGs(tetO、tetM、tetQ、tetW、sul1、sul2)去除率增加20百分点以上,且具有选择性。VF对intI1去除率高达98.24%,大大降低了ARGs的水平转移和传播风险。夏、冬季,VF对ARGs和ARB去除率比BF高15百分点以上,说明蚯蚓的加入减弱了低、高温对生物滤池的抑制作用。蚯蚓生物滤池能有效提高污泥中ARGs和ARB去除率,为剩余污泥的无害化处理提供参考。     

混凝沉淀-UF工艺去除二级出水中ARGs效能研究

为了研究混凝沉淀-UF工艺对城市污水处理厂二级出水中ARGs（抗生素抗性基因）去除的影响,以PACl（聚合氯化铝）和PFS（聚合硫酸铁）作为混凝剂,采用qPCR（实时荧光定量聚合酶链式反应）和EEM（三维荧光光谱）等分析混凝沉淀-UF工艺对ARGs的削减及其影响因素.结果表明:① PACl、PFS投加量（分别以Al、Fe计,下同）分别为0.85、0.50 mmol/L时,与直接UF工艺相比,混凝沉淀-UF工艺对水中各类ARGs的去除量高2~3个数量级,其中PACl-UF工艺的效果更好,去除量为2.51~3.52个数量级;对水中DOC（溶解性有机碳）、富里酸类及溶解性微生物代谢产物的去除效果更好,DOC去除率由18%升至36%.②直接UF、PACl-UF、PFS-UF 3种工艺膜进、出水的线性拟合结果显示,ARGs浓度与ρ（DOC）、16S rDNA浓度均呈显著正相关.研究显示,混凝沉淀-UF工艺可以有效去除二级出水中的ARGs,且有机物、16S rDNA的去除有助于ARGs的削减.      

微滤-纳滤组合工艺在饮用水深度处理中的大型工程应用

张家港第三水厂供水规模为20万m3/d,日常采用混凝+沉淀+过滤+氯消毒的常规饮用水处理工艺。基于纳滤膜对于中小分子有机物与钙、镁、硫酸根等盐离子的高效截留能力,该项目创新性地在国内首次采用现状常规工艺+压力罐式微滤+纳滤的净水工艺,对张家港第三饮用水厂深度处理大型工程（设计产水规模为10万t/d）进行升级改造设计。经改造后,预计纳滤系统对于COD以及TOC的去除率可达到90%以上,消毒副产物的去除率可达到70%~80%,色素类物质的去除率可达到70%以上,臭味物质的去除率为50%~70%,整体脱盐率为30%~40%;纳滤系统回收率整体可达到90%。预计压力罐式微滤系统和纳滤系统的能耗分别为0.003,0.197 kW·h/t;在实现高品质供水的同时,可提高水厂应对突发污染风险的能力。     

城市污水处理厂四环素抗性菌的筛选及其抗性基因分析

城市污水处理厂中抗生素抗性菌的富集和扩散对受纳水体及公共卫生安全造成严重的威胁.本研究从上海某城市污水处理厂活性污泥中筛选得到一株四环素抗性菌株TC-1,基于形态特征、生理生化特性和16S r DNA结果鉴定,菌株TC-1属于节杆菌属(Arthrobacter sp.).对节杆菌属菌株的全基因组分析表明,菌株TC-1含有多种抗生素抗性基因,包括四环素、氯霉素、大环内酯类和青霉素抗性基因.对比节杆菌属抗生素抗性基因的基因簇分析表明,这些抗性基因在节杆菌属中具有普遍存在性,表明其来源于相关菌株的遗传而非单个菌株的偶然获得.鉴于节杆菌属是潜在的病原性微生物,该结论可为废水生物处理系统中含抗生素抗性基因的致病微生物环境行为和风险评估提供参考.