第一作者：樊晓燕 教授
通讯作者：樊晓燕 教授
通讯单位：北京工业大学土木与交通工程学院
DOI:10.1016/j.cej.2024.150779
污水处理厂二级出水中的抗生素耐药基因（ARGs）和移动遗传因子（MGEs）具有大小分馏的特点，传统工艺难以去除ARGs和MGEs。因此，本研究旨在探讨真空紫外（VUV）活化过氧单硫酸盐（PMS）对粒径分馏的 ARGs 和 MGEs 的去除效率、去除机理和再生潜力，并确定它们在二级出水中的潜在宿主。结果表明，颗粒相关（PA）-ARGs 和 PA-MGEs 的比例为 85.07%，其次是自由生活（FL）部分（14.91%）和无细胞（CF）部分（0.02%）。VUV/PMS 对 PA- 和 CF- 组分中的 ARGs 和 MGEs 的去除率超过 95.00 %∼99.99 %，但对 FL-ARGs 和 FL-MGEs 的平均去除率为 66.15 %。与 PA- 和 CF-ARGs 和 MGEs 的再生潜力（0.02 < C/C0 < 5.27）相比，再生主要发生在 FL-ARGs 和 FL-MGEs（0.08 < C/C0 < 24.06）。-根据淬灭实验、电子顺磁共振光谱仪和探针实验，在 VUV/PMS 系统中，-OH 是去除二级出水中尺寸分馏的 ARGs 和 MGEs 的主要自由基（16.810 × 10-6 mol/L），而 SO4-- （4.478 × 10-6 mol/L）在系统中起辅助作用。根据全面分类，条件稀有或丰富类群（CRAT）是 PA-、FL- 和 CF-馏分中的核心潜在宿主，而稀有类群（RT）和条件稀有类群（CRT）在这三个馏分中的潜在宿主更为多样。该研究表明，VUV/PMS 可有效去除二级出水中的粒径分级 ARGs 和 MGEs，从而明显降低其在受纳水体中的传播风险，为 VUV/PMS 在大型污水处理厂中的工程应用提供了技术支持。
Fig. 1. The removal efficiency of ARGs and MGEs (a), ARGs subtypes (b1-b15) and MGEs subtypes (b16-b18) at five PMS concentrations by VUV/PMS.
Fig. 2. Heatmap of the abundance of detected ARGs subtypes and MGEs subtypes in PA-, FL- and CF-fractions (a); Distribution of the target genes in PA-, FL-and CF-fractions (b).
Fig. 3. The removal efficiency of ARGs and MGEs (a) and their subtypes (b), and changes in the absolute abundances of ARGs subtypes and MGEs subtypes (c) from the PA-, FL-and CF-fractions by VUV/PMS.
Fig. 4. Effects of MeOH and TBA on VUV/PMS for ARGs and MGEs removal in PA-, FL- and CF- fractions samples (a); variations in DMPO spin-trapping EPR spectra (b); Changes in concentrations of ·OH and SO4-· (c).
Fig. 5. Regeneration potential of ARGs and MGEs (a) and their subtypes (b) from PA-, FL- and CF-fractions after 48 h of incubation.
Fig. 6. Changes in the relative abundance of all genera (a), CRAT (b), RT(c) and CRT (d) in PA-, FL-and CF-fractions samples.
污水处理厂二级出水中 PA-ARGs 和 PA-MGEs 的比例远高于 FL 和 CF 分馏物。VUV/PMS 能有效去除二级出水中的 PA 和 CF 粒径分馏 ARGs 和 MGEs，但在 1.0 mM PMS 条件下，30 分钟内对 FL-ARGs 和 FL-MGEs 的去除率较低。在 VUV/PMS 系统中，尺寸分馏的 ARGs 和 MGEs 的去除明显受到 -OH 和 SO4-- 的帮助。尺寸分馏的 ARGs 和 MGEs 的再生潜力按以下顺序降低：FL 部分 > PA 部分 > CF 部分。尺寸分馏的 ARGs 和 MGEs 的主要潜在宿主是 CRAT。总之，本研究系统分析了粒径分馏ARGs的特征，探索了VUV/PMS这一绿色、高效的方法，控制了粒径分馏ARGs在污水处理厂二级出水中的扩散，对保护水环境、维护人类健康具有重要意义。
Xiao-Yan Fan, Shi-Long Xu, Xing Li, Zhi-Wei Zhou, Yu-Xi Gao, Jun-Ru Zhao, Zhong-Xing Zhang, Efficient removal of size-fractionated antibiotic resistance genes (ARGs) in WWTPs secondary effluent by vacuum ultraviolet (VUV) activated potassium peroxymonosulfate (PMS), Chemical Engineering Journal, 2024, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150779
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