污水處理廠抗生素抗性基因分布和去除研究

摘要：抗生素在我們的日常用藥中十分常見，但由于我國抗生素濫用，間接地培養(yǎng)了許多細菌微生物，從而產(chǎn)生一系列問題。問題最突出的就是污水處理廠，污水中的環(huán)境是細菌滋生的主要載體，幫助許多抗生素繁衍和變異，從而產(chǎn)生抗生素抗性基因?qū)ι踩腿祟惤】诞a(chǎn)生極大的危害，因此，文章闡述了污水處理廠中抗生素抗性基因的分布和去除的相關(guān)研究，希望為抑制抗生素抗性基因提供一些指導。

關(guān)鍵詞：污水處理廠;抗生素抗性基因;分布;去除

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）11-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.11.049

Study on distribution and removal of antibiotic resistance genes in sewage treatment plant

Qin Zhiwei

（Ningbo Health School Vocational and Technical College， Ningbo Zhejiang 315000，China）

Abstract：Antibiotics are very common in our daily medication. However， due to the abuse of antibiotics in China， many bacteria and microorganisms are indirectly cultivated， resulting in a series of problems. The most prominent problem is the sewage treatment plant. The environment in the sewage is the main carrier of bacteria breeding， which helps many antibiotics to multiply and mutate， thus producing antibiotic resistance genes， which has great harm to life safety and human health. Therefore， this paper mainly describes the distribution and removal of antibiotic resistance genes in sewage treatment plants， hoping to inhibit antibiotics resistance genes provide some guidance.

Key words：Sewage treatment plant;Antibiotic resistance gene;Distribution;Removal

1 概述

抗生素不僅可以用于人類疾病的治療，還可以用于動物疾病的治療，在人類醫(yī)學和動物醫(yī)學的治療過程中，發(fā)揮著不可替代的作用，但隨著人們對于抗生素的研究和使用的頻繁增加，導致抗生素濫用的現(xiàn)象越加嚴重，為了周圍的環(huán)境和人類的健康，在隨著抗生素耐藥性逐漸增加的同時，各種抑制方式進入公眾視野，提高了人們對于抗生素的重視程度。由于抗生素不能完全被人體或者動物吸收，導致許多抗生素隨著人類或動物的排泄物進入自然界，抗生素抗性基因由此而來，它主要是通過基因突變而引起的一種功能性的轉(zhuǎn)變，它不僅可以反映遺傳，還可以通過某種環(huán)境介質(zhì)進行廣泛傳播，目前，最主要的傳播介質(zhì)就是污水，在污水的環(huán)境中，細菌很適宜生存從而使抗生素抗性基因呈爆發(fā)式的上漲，導致了許多公共衛(wèi)生安全事件的發(fā)生，因此，管控好城市的污水處理系統(tǒng)，就是管控好抗生素抗性基因的主要途徑和方法。為了保護人類和其他動物的生命健康安全，也為了減少公共衛(wèi)生事件的發(fā)生，越來越多的研究人員投入到抑制抗生素抗性基因的研究實驗中，在不斷深入研究中發(fā)現(xiàn)了良好的控制抗生素抗性基因的方式，使抑制率達到95%以上，提升了研究人員的研究成果，有效減少了污水對于生命安全和人類健康的威脅。

2 抗生素抗性基因的獲得方式

抗生素抗性基因有兩種獲得方式：一種是通過改變抗生素的基因序列使抗生素本身產(chǎn)生抗生素抗性基因;而另一種是抗生素在自然環(huán)境中獲得的抗性基因。但是第二種抗生素抗性基因的獲取方式非常少，抗生素自身突發(fā)變異也非常困難，因此這種獲取方式十分不穩(wěn)定。

3 抗生素抗性基因的耐藥機制

抗生素抗性基因就是具有耐藥性，可以抵抗外界環(huán)境的變化對自身的危害，從而產(chǎn)生了持久力和生存力，其產(chǎn)生耐藥性的機制主要是由于產(chǎn)生滅活酶抑制抗生素藥物的作用，從而無法發(fā)揮藥物性能或者在藥物作用于人體內(nèi)的時候，由于性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而無法真正的發(fā)揮作用，降低了藥效的吸收能力。在研究過程中只有真正了解抗生素抗性基因產(chǎn)生耐藥性的機制，才能從根本上解決問題。

4 抗生素抗性基因的傳播機制

抗生素抗性基因的傳播機制，主要是通過載體進行水平傳播，這里面所說的抗性基因傳播的載體主要有質(zhì)粒和整合子等進行水平傳播。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)抗性基因傳播的介質(zhì)是質(zhì)粒，但是質(zhì)粒并非僅有水平傳播這一種方式，還有垂直傳播。并且還可以攜帶其他傳播介質(zhì)和抗性基因進行傳播，種類多達70種，是抗生素抗性基因傳播的一種主要方式，現(xiàn)存的質(zhì)粒通過結(jié)合、轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)導等方式在所生存的環(huán)境中擴散，從而使其他為獲得抗性基因的抗生素產(chǎn)生抗性基因，實現(xiàn)不同細菌之間抗性基因的傳播。

5 抗生素抗性基因的潛在健康風險

抗生素抗性基因在所生存的環(huán)境中停留時間長，危害大，容易對人的生命健康產(chǎn)生影響，一旦通過食物鏈危害到人類所食用的食物時，就會引發(fā)大面積的公共衛(wèi)生事件，而且對于人類現(xiàn)在所處的環(huán)境來說，細菌無處不在，對于抗性基因也是防不勝防。我國現(xiàn)在已經(jīng)檢測出了豬、羊、牛、魚等養(yǎng)殖業(yè)中存在著抗生素抗性基因，對于整個食物體系來說，潛在風險巨大，況且工業(yè)廢水也是抗性基因存在的大本營，這些廢水會污染河流山川，當流到下游區(qū)域還會對動物養(yǎng)殖產(chǎn)生危害，當污水蒸發(fā)，抗生基因隨蒸發(fā)的水蒸氣進入空氣當中，就會對人體產(chǎn)生危害。因此在抑制抗生素抗性基因的同時，一定要提高人體的抗生素抗性水平，從而抵御來自外界抗性基因的危害，抑制抗生素抗性基因的事業(yè)一直是我國發(fā)展的重點項目，需要不斷克服困難來解決實際應用中的問題，保護人類和動物的健康，減少潛在危害的發(fā)生。

6 污水處理廠抗生素抗性基因的分布

6.1 受到河流的制約

不同城市、不同區(qū)域、不同位置的污水處理廠所產(chǎn)生的抗生素抗性基因的濃度也不盡相同，污水處理廠主要是集結(jié)了醫(yī)院廢水、病人排泄物廢水、居民使用的生活污水、動物排泄物和寵物醫(yī)院廢水等，研究人員對于不同污水進行相關(guān)檢測，發(fā)現(xiàn)在養(yǎng)殖動物區(qū)域的污水處理廠其中含有四環(huán)素類抗生素和磺胺類抗生素水平基本相當，但是離開養(yǎng)殖動物區(qū)域的污水處理廠后，其中四環(huán)素類抗生素和磺胺類抗生素水平會大幅度下降。這種情況產(chǎn)生的主要原因是由于水的流動性，從高處到低處，養(yǎng)殖處的污水處理廠通常位于下游位置，所以所含的抗生素數(shù)量也會相對較多。

6.2 受到城市發(fā)展程度的制約

抗生素的種類可不止這兩種，含有喹諾酮類抗生素、大環(huán)內(nèi)酯類、抗生素等。由于城市發(fā)展程度的不同，所具有的抗生素種類也不盡相同，城市發(fā)展規(guī)模大，所容納的人口數(shù)量多，產(chǎn)生的污水數(shù)量也會相對增加，其中容納的抗生素種類自然也會增加。

6.3 受到醫(yī)療水平的制約

在不同國家之間的醫(yī)療水平不同，對于抗生素藥物使用的數(shù)量也不盡相同，從而對于抗生素抗性基因產(chǎn)生的程度也會發(fā)生差異，由于我國是生產(chǎn)大國，人口數(shù)量眾多并且近些年來隨著抗生素濫用現(xiàn)象的頻繁發(fā)生，同時抗生素藥物使用時也會受到國民用藥方式和思維的制約，導致我國污水處理中抗生素抗性基因產(chǎn)生的種類比其他國家要多，因此，我國相比于其他國家來說更要重視污水處理廠中抗生素抗性基因的去除研究，以便達到保護人類生命健康的作用。

7 廢水處理系統(tǒng)中不同處理工藝抑制抗性基因的效果對比

7.1 生化處理工藝對抗性基因的處理效果

生化處理技術(shù)一直是處理污水中抗生素抗性基因的重點方式之一，主要包括活性污泥法和生物膜法兩種，但是生化處理工藝在利用微生物處理抗性基因的同時，這些微生物也會受到抗性基因的影響，從而成為抗性基因的傳播介質(zhì)，增加了污水中抗生素抗性基因的濃度。對于活性污泥法都改進措施，主要是通過二次處理，將抗性基因轉(zhuǎn)移至他處，比如轉(zhuǎn)移至農(nóng)田土壤中，從而減少對于食物鏈的侵害。生物膜法則一直是處于爭議中的一種方法，由于它可以增加微生物的抗性作用，所以消除率較低，應用覆蓋面積極小，危害較大。

7.2 物理處理工藝對抗性基因消減的影響

物理處理工藝主要是通過沉砂池、一級沉砂池、二級沉沙池結(jié)合作用于抗性基因的消除工作，消除率高，可以將微生物從污水中分離，從而達到消除抗性基因的作用。較傳統(tǒng)的僅有第一個沉砂池的物理處理工藝，更加科學有效。

7.3 化學處理工藝對抗性基因消減的影響

化學處理工藝是利用消毒和化學氧化法等進行的消除方式，是目前消除抗性基因最有效的方法之一，主要是利用加氯消毒、氯化氨制劑、臭氧制劑等方式進行削減抗性基因的作用，但是在化學工藝的使用過程中，由于利用了化學消毒劑，從而間接增加了污水內(nèi)的氯含量，會對污水產(chǎn)生了二次污染，因此，在施工過程中要控制含氯消毒劑的使用量，但是臭氧制劑在污水處理中不會增加污水其他成分，能夠達到較好的效果，可以真正實現(xiàn)抑制抗性基因的作用。

8 污水處理廠抗生素抗性基因的去除方式

通過生化、物理、化學3種工藝抑制抗性基因的方法，效果對比來看，用一種方式處理效果不佳，通過結(jié)合的處理工藝可以提高抗性基因的消除效果，可以更好地提高去除率，因此，下面主要介紹3種應用作為廣泛效果較佳的方式來應用于抗生素抗性基因的消除，從而達到更好地保護人類、動物以及環(huán)境安全的作用。

8.1 抗生素成分的水解法

水解法主要是利用化學制劑達到降解污水中抗生基因的作用，可以使用強酸、強堿等進行，使用起來較為簡單、方便，節(jié)省人力和物力，可充分抑制抗生素基因中的抗生菌，達到使用目的，是目前主要消除抗性基因的方式之一。

8.2 抗生菌的消毒殺菌法

消毒殺菌的原理也跟水解法的原理一樣，也是消除抗生素中的抗生菌，從而達到抑制抗生基因的作用，使抗性基因難以發(fā)揮作用，這種方法也是屬于化學處理工藝的一種，在使用過程中，要注意根據(jù)不同區(qū)域，如：上游區(qū)、下游區(qū)或者養(yǎng)殖業(yè)區(qū)、非養(yǎng)殖業(yè)區(qū)等的不同，來使用不同濃度、不同成分的消毒劑或者不同含量的臭氧，在減少二次污染的基礎(chǔ)之上，滿足抑制抗性基因的作用。

8.3 氧化光解法

氧化光解法對于上述兩種方法來說，使用方式更加簡單，就直接把污水暴露于陽光之下，通過陽光的直射作用，使污水內(nèi)的氫氧根和碳酸根離子等作用于抗生素分子上，從而達到分解的作用，但是這個階段需要的時間相對來說要長一些，并且還需要進一步處理，不能一步到位，因此會降低污水處理效率。

9 結(jié)語

在我國抗生素的用量相比其他國家來說是十分巨大的，而且存在大量濫用的現(xiàn)象，這就給抗生素抗性基因的增加產(chǎn)生了契機，而污水處理廠是控制抗生素抗生基因的重要場所，因此，控制污水處理廠中污水的抗性基因是解決我國目前衛(wèi)生危害的主要方式。以我國目前的醫(yī)藥現(xiàn)狀來說，無法減少抗生素的使用，一定要控制好不能吸收的抗生素的傳播途徑，從而減少對人類、動物以及環(huán)境的危害，這個問題也一直是我國研究人員不斷學習和思考的問題之一，不斷地創(chuàng)新、創(chuàng)造，使運用更加高效，使用合理方式提高抗性基因的去除率，從而達到更好的效果。

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收稿日期：2020-09-21

作者簡介：秦志偉（1977-），男，漢族，碩士，講師，研究方向為污水治理。