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抗生素制药废水中高浓度的抗生素残留为废水中微生物产生抗生素抗性基因(ARGs)提供了良好的选择压力,同时废水处理系统中高密度的微生物又为ARGs进一步传播扩散提供了良好的条件,因此制药废水处理系统是造成ARGs产生、转移、扩散的重要源头。而研究发现制药废水处理系统中各废水处理单元对ARGs的消长有重要影响。 本研究调查分析了我国北方六家典型抗生素制药企业的废水处理系统全流程中ARGs的分布情况,对系统的进水、各废水处理单元出水、总出水及污泥样品进行采集并提取DNA。依据目前各类抗生素在环境中的存在情况以及制药厂生产的抗生素种类等因素综合分析,选取了磺胺类、四环素类、β-内酰胺类、大环内酯类和喹诺酮类五类共26种抗生素抗性基因型进行了定性分析检测。结果表明除了喹诺酮类抗性基因型的检出频率较低外,其它四类抗性基因型在各废水处理厂中被广泛检出,其中两种磺胺类、四种四环素类、三种β-内酰胺类和一种大环内酯类ARGs的检出频率是100%,还有四环素类抗性基因tetM、tetS,β-内酰胺类抗性基因OXA-2与大环内酯类抗性基因ermC的检出频率也超过83.33%,总体来看废水处理系统中ARGs普遍存在且种类众多,废水处理过程并没有实现抗性基因的去除。此次试验检测的制药企业中除了其中一家企业生产β-内酰胺类和大环内酯类抗生素外,其它制药厂均为单一种类抗生素生产企业,而ARGs定性检测结果显示各类ARGs广泛存在于各废水处理系统中,这说明废水处理系统中ARGs种类与其制药厂生产的抗生素种类不存在一一对应关系。 选取定性检出频率高的ARGs进行定量分析。此次研究选取了两种磺胺类、五种四环素类、三种β-内酰胺类和一种大环内酯类ARGs进行定量检测。结果显示虽然出水中ARGs浓度略低于进水,但出水中各类ARGs的平均浓度仍高于103copies/mL,磺胺类ARGs的浓度甚至达到108copies/mL,大量ARGs随着出水排出系统,成为环境中ARGs污染的重要来源。而剩余污泥中ARGs的浓度更是达到1010copies/g,而目前污泥还田施肥是普遍存在的污泥处置方式之一,其对ARGs传播扩散的风险应当引起我们的重视。此外,对废水处理系统中ARGs的归趋研究发现物理化学处理方式是有效的消减ARGs的方式,而通过对整个废水处理系统质量流的计算分析发现生物处理单元存在促进ARGs传播扩散的风险。因此合理设置废水处理构筑物是消减抗性基因的重要方式。 制药行业废水作为环境中ARGs的重要源头,其ARGs的排放对人体健康及生态安全存在的潜在危害风险已不容小觑,此次研究将为进一步设计能够有效去除ARGs的废水处理单元,建立行业废水抗性基因排放标准,从源头上实现对行业中ARGs的有效控制提供重要依据。