新興持久性有機汙染物如何監測和控制？

2020-10-06 小析姐

新興化學微汙染物的出現對供水水質造成威脅。這些物質包括藥物、個人護理產品或內分泌幹擾物和新興病原微生物（包括耐氯和抗紫外線病毒和原生動物）以及抗生素耐藥性細菌等。

目前關於它們對生態和生理過程的影響的認識仍舊缺乏，特別是對人類健康影響的定量數據，但在天然水體和汙水處理廠汙水中檢測到的這些汙染物已經引起了人們對目前處理工藝效率的擔憂。本次會議集中討論了用於控制新興汙染物的創新技術。

1、關於ARG抗生素抗性基因抗性組學的全球調查

抗生素耐藥性是全球公眾健康問題，它威脅著水資源的可持續發展。汙水處理廠為病原體和抗性載體之間的選擇和相互作用提供了理想的環境。

不同地區的汙水廠進水成分對比

維吉尼亞理工大學的Peter Vikesland博士對全球不同地區的汙水處理廠對去除抗生素抗性基因（ARGs）的影響進行橫向調查。他從6個國家收集的汙水處理廠進水和出水樣品，對其進行基於宏基因組學的特徵分析，結果揭示了ARGs與地理位置聚類的獨特關聯。

他的調查結果包括：

  • 多藥物、MLS、β-內醯胺和四環素的ARGs對進水樣品的耐藥性佔主導地位
  • 甲氧苄氨嘧啶ARGs在大多數出水中都有富集
  • 基於qPCR的定量分析顯示不同汙水廠的sul1基因對數去除率範圍在0.5-2.8間

Vikesland博士表示下一步有必要對ARGs的相對風險作更深入的了解，以進一步指導有效的緩解措施。

來自葡萄牙Catholic University of Portugal的助理教授Célia M. Manaia的抗性基因組研究也支持Vikesland博士的研究結果。她的研究顯示市政汙水中的抗生素抗性能反映當地的醫療情況，並認為要對汙水做好消毒工作，但又不能過於激進，以保護好水生態。

2、新型汙染物的抗性基因評估工具

在全球範圍內各種主要病原體中，抗生素耐藥性的比例持續增加，這要求我們採取綜合性策略措施以防止其傳播。

作為抗生素耐藥性傳播的潛在關鍵屏障，汙水處理和水回用受到越來越多的關注，但這需要多方的協同努力對汙水廠相關人員進行培訓，告知他們可行的應對工藝配置/操作和供水設計，以減少其傳播。

目前相關的主要挑戰包括了解在生物處理過程中基因水平轉移的發生程度，開發新的耐藥菌株，以及優化消毒過程，從而減少下遊耐藥細菌的繁殖。具體而言，宏基因組學的工具可用於抗生素抗性基因（ARGs）和可移動遺傳元件（MGE）的全面描述，兩者也合稱為抗體組學。

美國維吉尼亞州理工大學Amy Pruden教授作為這個領域的專家，在這次大會上介紹了如何通過開發和應用公開可用的生物信息學工具和指標來評估和比較一系列汙水處理和水回用系統的抗生素，包括qPCR、宏基因組、Deep ARG、ARG Miner、Meta Compare、Nano ARG等，通過這些工具來提供實際數據結果來推進汙水和水回用系統抗生素耐藥性的監測和緩解。通過qPCR分析他們發現中水和飲用水的ARGs區別並沒有之前假設的顯著，她藉此引出「汙水和飲用水一體化」（One Water）的框架理念，將管網、汙水廠、中水、自來水、直飲水等進行系統整合。

One-Water的抗生素抗性基因框架

她希望能加強One Water理念的推進，通過城市和環境水循環全面監測，減輕和控制抗生素耐藥性。

3、高級氧化技術在處理新型汙染物中的應用

用基於產生活性物質（即羥基自由基、硫酸根自由基、高價鐵）的高級氧化工藝（AOP）來處理水中的新興汙染物正變得越來越受歡迎。它們有能力將水中一些有害和頑固的汙染物轉化為無害物質。各種AOP可用於處理特定的目標汙染物，例子包括：

  • 紫外照射 - UV/H2O2，UV/過硫酸鹽，UV/氯
  • 黑暗環境 - 類芬頓系統、過硫酸鹽、催化劑、臭氧/高pH值、催化臭氧化
  • 熱/蒸汽/鹼性條件 - 過硫酸鹽
  • 需要電的輸入- 電化學、電催化
  • 其他輻射-光催化、類光芬頓

在水處理方面，AOP的應用包括有機和無機汙染物的氧化以及殺滅病原微生物。在某些情況和特定條件下，可以對AOP作修改以還原一些有機和無機汙染物。必要的時候還可將AOP作為整體工藝流程的一部分用於地表水、地下水、工業廢水和其他類型的汙水處理。而在最近，人們對若干高級氧化工藝在水回用應用（包括直接和間接）中的作用給予了很大關注。

辛辛那提大學的Dionysiou教授介紹了他在應用AOP處理與飲用水和水回用應用相關的新興汙染物汙染物方面的工作，主要包括二氧化鈦和可視紫外光、UV/氯、UV/H2O2或UV/過硫酸鹽三種應用。前者屬於非均相的光催化過程，後兩者則是均相作用。他講述了用這些技術轉化藍藻毒素、藥物、內分泌幹擾物、殺蟲劑和其他相關汙染物的作用機理，並且提供選定汙染物降解途徑的例子以及某些水質參數在這些反應工藝中的作用。他還詳細介紹AOP中產生的物質與新興汙染物特定官能團的反應活性，並通過一些案例闡述結構-活性關係。

最後他表示由AOP產生的自由基可以破壞關鍵汙染物的關鍵功能組，其（急性）毒性或生物活性可能降低，而處理出水的細胞毒性分析對AOP的設計和操作至關重要——需要找到關聯水、處理時間、輻射輸入的函數，並確定最佳方案。

（內容來源：《全球水與汙水前沿技術趨勢白皮書--國際水協會2018前沿技術大會熱點話題及精華合集》 由小析姐整理編輯）

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