打印抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新污染物，已成为全球环境污染问题，WHO已将ARG列为21世纪威胁人类健康的最重大挑战之一。作为抗生素生产和消费第一大国，我国“十四五规划”和《二〇三五年远景目标的建议》首次提出“重视新污染治理”，2021年生态环境部明确提出 “着手开展新污染物监测评估与治理”。
研究证实，污水处理系统既是ARGs的一个“汇”，同时也是ARGs再迁移、再转化的一个“源”，系统中ARGs污染十分严重。然而，当前的污水处理主要聚焦于常规污染物的去除，忽视了ARGs的削减。为降低ARGs所引起的潜在生态环境风险，如何强化污水中常规污染物与ARGs的同步削减具有非常重要的现实意义。
成都生物研究所污染生物治理项目组谭周亮研究团队探究了西南某升级改造生活污水处理厂（工艺为A2/O-MBR）从调试期到稳定运行期间的抗生素、ARGs的削减效果。结果表明：污水处理系统升级改造可有效提升抗生素和ARGs的去除率（总抗生素和ARGs去除分别提高10.49%和1.37logs），降低其潜在生态风险；Sul1基因是最常见的ARG，可移动遗传元件（MGEs）和微生物群落是影响ARGs分布的最重要因素，且潜在ARBs的丰度在升级改造后显著降低；ARG削减的潜在作用机制可能在于抗生素的有效去除、微生物群落的显著变化以及ARBs的减少。研究表明，污水处理系统升级改造既可强化常规污染物的去除，亦可同步强化削减抗生素与ARG等新污染物。研究成果发表在Chemical Engineering Journal (IF=13.273) 期刊上。
图1 污水处理厂（A2/O-MBR）升级改造过程中抗生素与ARGs的归趋
研究团队在生猪养殖废水处理工程应用中发现，短程硝化反硝化关键运行参数pH、DO、FNA与ARGs丰度具有相关性；结合大量文献调研分析，进一步发现短程硝化反硝化关键运行参数与ARGs削减驱动因子高度吻合，据此提出“短程硝化反硝化脱氮同步削减ARGs”思路。在此基础之上，实验室研究表明，短程硝化反硝化不仅较传统的脱氮方式（全程硝化反硝化）脱氮效率更高，同时该工艺可有效促进ARGs的削减和抑制ARGs潜在宿主的增殖，并分析了其潜在作用机制。研究成果分别发表在Journal of Environmental Chemical Engineering (IF=5.909) 与Environmental Science and Pollution Research (IF=4.223) 期刊上。
图2 短程硝化反硝化工艺脱氮与ARGs同步削减的潜在作用机制
上述成果面向国家新污染物治理需求，提出强化污水中常规污染物与新污染物同步削减的观点，结合实际应用中的科学发现与前沿分析，提出“短程硝化反硝化脱氮同步削减ARGs”思路，并初步展开了相关研究。研究结果可为全面了解污水处理系统中ARGs的归趋、ARGs的削减技术研发提供支撑。上述研究得到了中国科学院“西部之光”交叉团队项目(2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)、四川省重大科技专项（2019YFS0502）、中国博士后科学基金面上项目（2020M673293）等课题的联合资助。