The contribution of selected organic substrates to the anaerobic cometabolism of sulfamethazine

Biodegradation of organic micropollutants is likely to occur due to cometabolism by particular microbial groups. In an effort to identify the stages of anaerobic digestion potentially involved in the biodegradation of the veterinary antimicrobial sulfamethazine (SMZ), the influence of selected carbon sources (sucrose, glucose, fructose, ethanol, meat extract, cellulose, soluble starch, soy oil, acetic acid, propionic acid and butyric acid) on SMZ removal by anaerobic sludge was evaluated in short-term batch experiments. Adsorption to the granular sludge constituted a significant removal mechanism, accounting for 39% of SMZ removal in control experiments. The presence of glucose, fructose, sucrose and meat extract exerted an inducing effect on SMZ degradation, resulting in removal efficiencies of 54, 53, 58 and 61%, respectively, indicating the occurrence of cometabolism. Time courses of sucrose and meat extract degradation revealed markedly distinct organic acid profiles but resulted in similar SMZ removals. Temporal profiles of acetic and propionic acid degradation were not associated with SMZ removal, as changes in SMZ concentration were observed even after the organic acids had been completely removed. The experimental results suggest that SMZ cometabolism is not associated to sucrose hydrolysis, acetoclastic methanogenesis and acetogenesis from propionic acid.     

磺胺和四环素类抗生素对活性污泥性能的影响

废水处理工艺中抗生素类污染物的存在可能会对生物处理过程产生长期而深远的影响，为探明此类污染物对废水生物处理主体活性污泥性能等方面的影响，采用间歇培养法研究了活性污泥法处理污水时，抗生素类污染物的存在对活性污泥性能如胞外聚合物（EPS）、污染物处理能力、脱氢酶活性和群落结构的影响。结果表明，抗生素的存在会导致活性污泥的胞外聚合物总量及其主要组分蛋白质和多糖增加，以产生保护屏障；且由于污泥絮体解体，细胞破裂导致EPS中DNA和色氨酸含量增加。同时，由于蛋白质大量增加引起的表面负电荷的增加，使污泥疏水性增强，絮凝性能恶化；污泥絮体解体导致污泥颗粒变小，SVI也随之下降；在活性污泥脱氢酶活性急剧下降的同时，出水TOC迅速升高。此外，抗生素类污染物在抑制活性污泥中大部分细菌的同时，对部分菌群也有刺激生长作用，最终导致活性污泥生物群落结构的改变。四环素类抗生素对活性污泥的EPS和絮凝沉降性能的影响大于磺胺类，而对污水处理能力和群落结构的影响则不如磺胺类。抗生素类污染物的长期存在会对活性污泥沉降性能、絮凝性能、脱氢酶活性以及活性污泥群落结构等产生一系列负面影响，进而影响污染物去除效果，导致出水水质恶化。     

畜禽养殖过程抗生素使用与耐药病原菌及其抗性基因赋存的研究进展

兽用抗生素在提高畜禽生产性能、防治疾病方面发挥着重要作用,目前全球超过一半以上抗生素用于畜禽养殖,畜禽养殖源耐药病原菌、抗性基因及其传播风险愈益得到人们的重视。我国是畜禽养殖和抗生素使用大国,但兽用抗生素使用、病原菌耐药水平及其抗性基因类型等数据却较为缺乏,不利于今后畜禽养殖源耐药病原菌及其传播风险的控制。因此,本文通过文献调研,对我国和主要发达国家的兽用抗生素使用情况、畜禽养殖源耐药病原菌及其携带的抗性基因、基因移动元件以及向环境传播的途径进行分析、总结,以期为规范合理用药、降低耐药病原菌及其抗性基因传播风险,建立从畜禽养殖场至公共环境全过程的抗性污染控制链条提供借鉴。     

南方某水库水体中抗生素生态与健康风险研究

环境中大量残留的抗生素将对生态环境和人体健康造成潜在危害。本研究采用风险商值法(RQ)评价了林肯霉素、红霉素(脱水)、罗红霉素、磺胺甲噁唑、磺胺二甲嘧啶、头孢呋辛、头孢氨苄、甲硝唑、阿莫西林和氯霉素10种抗生素对南方某水库水体产生的生态风险,并对10种抗生素进行了化学非致癌物风险评价。结果表明,7个采样点中共检出8种抗生素,残留量在1.2~130.0 ng·L~(-1)之间。红霉素(脱水)、林肯霉素、磺胺甲噁唑这3种抗生素在丰水期、枯水期的所有采样点均有检出,磺胺二甲嘧啶和头孢呋辛在枯水期的检出率也为100%,而氯霉素和阿莫西林在7个样点均未检出。风险评价结果表明,除个别样点外,该水库抗生素残留的整体风险不高。丰水期和枯水期A河水体中磺胺甲噁唑的生态风险商大于1,A河(丰水期和枯水期)、B河(丰水期)和库中3号样点(枯水期)的联合毒性风险商大于1,表明这3个样点的抗生素残留对生态环境存在较严重的威胁,其余采样点抗生素的联合毒性风险商处于0.1到1之间,需长期观测其抗生素的环境动态,以避免高风险危害的发生。该水库10种抗生素残留引起的非致癌物风险数量级在10~(-1)5到10~(-1)2之间,说明该水库中10种抗生素通过饮水途径引起的非致癌风险很低,远低于可接受风险水平,甚至远低于可忽略风险水平。     

长期施用猪粪水稻土抗生素抗性基因污染研究

为了全面研究猪粪有机肥对水稻土抗生素抗性及分布格局的影响,选择295对抗生素抗性基因引物,采用高通量荧光定量PCR对水稻土中的抗生素抗性基因污染情况进行了研究.结果表明,未施用猪粪水稻土检测出66种抗性基因,而施用猪粪水稻土则检测出107种抗生素抗性基因,施用猪粪后水稻土中抗生素抗性基因种类显著增加(P<0.05).相对于未施用猪粪水稻土,施用猪粪水稻土有49种抗生素抗性基因丰度显著增加(P<0.05),其中施用猪粪水稻土中喹诺酮类/氯霉素类抗性基因的mexF的丰度相对于未施用猪粪水稻土增加1791倍.高通量定量结果表明,施用猪粪的水稻土抗生素抗性基因分布格局发生显著变化,高通量定量技术是研究环境抗生素抗性基因的一个非常实用的工具.     

Comparison of different disinfection processes in the effective removal of antibiotic-resistant bacteria and genes

This study compared three different disinfection processes(chlorination, E-beam, and ozone) and the efficacy of three oxidants(H2O2, S2O-8, and peroxymonosulfate(MPS)) in removing antibiotic resistant bacteria(ARB) and antibiotic resistance genes(ARGs) in a synthetic wastewater. More than30 mg/L of chlorine was needed to remove over 90% of ARB and ARG. For the E-beam method, only1 dose(kGy) was needed to remove ARB and ARG, and ozone could reduce ARB and ARG by more than 90% even at 3 mg/L ozone concentration. In the ozone process, CT values(concentration × time)were compared for ozone alone and combined with different catalysts based on the 2-log removal of ARB and ARG. Ozone treatment yielded a value of 31 and 33(mg·min)/L for ARB and ARGs respectively. On the other hand, ozone with persulfate yielded 15.9 and 18.5(mg·min)/L while ozone with monopersulfate yielded a value of 12 and 14.5(mg·min)/L. This implies that the addition of these catalysts significantly reduces the contact time to achieve a 2-log removal, thus enhancing the process in terms of its kinetics.     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

人工湿地中抗生素抗性大肠杆菌和抗性基因的去除与分布

抗生素的滥用导致抗生素抗性菌和抗性基因随生活污水和养殖废水的排放在环境中肆意散播,其去除及环境行为越来越受到关注。采用K-B纸片法测定了9套不同工艺构型模拟人工湿地中大肠杆菌对7种抗生素的抗性率,并应用多重PCR检测磺胺类sul1、2、3与四环素tetA、B、C、D抗性基因,探究人工湿地对抗性菌的去除效率及抗性菌、抗性基因的分布规律。结果显示,人工湿地能有效去除污水中70%左右的抗性大肠杆菌,有效降低了细菌抗性的传播风险;共计分离出535株大肠肝菌中有378株对一种以上抗生素有抗性性,以四环素、磺胺类和氨苄西林抗性率最高,达到25%以上,其他4种抗性率较低,不足20%;2种抗性基因的检出率都在70%以上;对不同采样点大肠杆菌的抗性性及抗性基因的比较发现,各部分大肠杆菌的抗性水平、多重抗性指数(MRI)以及抗性基因(sul、tet)检出率和组合数表现出:基质≥出水>进水,推测抗性菌被湿地基质截留,在基质生物膜上发生抗性基因的重组,并释放抗性菌,提高了出水中抗性水平和抗性基因检出率。     

厌氧复合床处理抗生素废水的生产性启动研究

处理抗生素废水的厌氧复合床反应器单体有效容积为500 m3,根据反应器中有机物降解和细胞合成的关系,建立了进料有机负荷模型M_n=(1+k)n-1M₁和进料容积负荷模型N_n=(1+k)n-1N₁.根据启动过程中细菌的生长特性和进料有机负荷模型的计算,提出了厌氧复合床反应器启动运行的进料负荷技术方案,成功地进行了厌氧复合床处理抗生素废水的生产性启动.      

微氧水解酸化工艺处理高浓度抗生素废水

试验研究了高浓度难生物降解抗生素废水微氧水解酸化效果.结果表明,微氧环境提高了兼性水解酸化菌的生理代谢功能,曝气搅拌改善了水力条件,在最短HRT为10h ,最大OLR为20kg/(m³·d)条件下,酸化率为58.64%,出水VFA为4825mg/L ,极大地改善了废水的生物降解性能,BOD₅/COD升高了17%左右,为后续好氧生物处理提供了良好的基质准备.在进水水质波动较大的情况下,出水水质相对稳定,出水COD和SS浓度分别为7000～8000mg/L和150～300mg/L ,COD和SS去除率分别为15%～30%和90%～95%.出水VFA的变化滞后于酸化率的变化,酸化率能更好地表征水解酸化系统的效果.反应器底部的污泥床层是VFA生成的主要反应区,随着OLR的升高,达到稳定VFA浓度的反应器高度逐渐增加.填料区功能主要在于截留出水中的SS.污泥以粒径为0.5～1.0mm之间的小颗粒污泥和絮状污泥为主.