工业废水中抗生素抗性基因的迁移转化规律及高效去除技术研究

一、引言

抗生素在医疗、畜牧及水产养殖等行业广泛应用，导致大量含抗生素抗性基因（ARGs）的工业废水产生。ARGs 作为新兴污染物，可在微生物间转移传播，促使耐药菌大量滋生，严重威胁生态环境安全与人类健康 。工业废水排放是ARGs 进入环境的重要途径之一，因此，深入探究工业废水中 ARGs 的迁移转化规律，并研发高效去除技术，对控制 ARGs 传播、维护生态平衡和保障公众健康意义重大。

二、工业废水中抗生素抗性基因的迁移转化规律

（一）在废水处理系统中的迁移

1. 基于微生物的转移

在工业废水处理系统里，微生物充当了 ARGs 迁移的重要媒介。以活性污泥法为例，细菌借助转化、转导及接合等水平基因转移方式，在不同菌株间传递 ARGs 。在好氧处理阶段，细菌代谢旺盛，细胞间接触频繁，为接合转移创造了有利条件，使得携带 ARGs 的质粒能够从供体菌转移至受体菌，进而在微生物群落中广泛传播 。

2. 与颗粒物的吸附迁移

ARGs 能够吸附在废水中的悬浮颗粒物、生物絮体等上面，随着这些颗粒物在处理系统中的流动而发生迁移 。在沉淀过程中，吸附有 ARGs 的颗粒物会沉降到污泥中，导致 ARGs 在固液相间发生分配转移。例如二沉池中的部分携带ARGs 的污泥回流至前端处理单元，使得ARGs 在废水处理系统内循环迁移 。

（二）在环境介质中的传播

1. 水体中的扩散与沉积

工业废水排入自然水体后，ARGs 会随着水流扩散到下游区域。同时，水体中的悬浮物质能够吸附 ARGs，并在一定条件下沉淀到水底沉积物中 。沉积物成为 ARGs 的储存库，当水体环境如 pH 值、氧化还原电位等发生变化时，沉积物中的ARGs 可能重新释放到水体中，造成二次污染 。

2. 土壤中的吸附与传递

含 ARGs 的工业废水通过灌溉等途径进入土壤后，ARGs 会与土壤颗粒表面相互作用，发生吸附和解吸过程 。土壤的质地、有机质含量等因素显著影响ARGs 的吸附特性。此外，土壤中的微生物可通过水平基因转移获得 ARGs，这些 ARGs 有可能随着植物根系的吸收进入植物体内，进而通过食物链传递给人类 。

（三）影响迁移转化的因素

1. 抗生素残留的选择压力

工业废水中残留的抗生素对微生物产生选择压力，携带 ARGs 的微生物在这种压力下更易生存繁衍，从而增加了 ARGs 在微生物群落中的丰度 。长期处于高浓度抗生素环境中的废水处理系统，微生物会不断通过水平基因转移获取更多ARGs 以抵抗抗生素作用 。

2. 重金属等的共选作用

重金属与 ARGs 存在共选效应。许多重金属不仅是微生物生长的限制因子，还能与抗生素共同对微生物产生毒性压力 。在这种双重压力下，微生物更容易同时获得抗生素抗性和重金属抗性，携带这两种抗性基因的可移动遗传元件更易在微生物间转移，加速了ARGs 的传播 。

3. 环境条件的影响

温度、pH 值和溶解氧等环境条件对 ARGs 的迁移转化起着重要作用。适宜的温度和 pH 值有利于微生物的生长和代谢，进而促进 ARGs 的水平基因转移 。溶解氧含量的变化会改变微生物的呼吸方式和代谢途径，间接影响ARGs 的传播。例如，在厌氧环境下，某些厌氧细菌携带的 ARGs 可能会转移到兼性厌氧或好氧细菌中 。

三、工业废水中抗生素抗性基因的高效去除技术

（一）物理化学方法

1. 高级氧化技术

高级氧化技术依靠产生强氧化性自由基来破坏 ARGs 的结构。臭氧氧化是典型代表，臭氧可直接与 ARGs 的核酸分子反应，破坏碱基结构与磷酸二酯键，使 ARGs 失活 。研究表明，臭氧氧化在处理含特定 ARGs 的工业废水时，能显著降低ARGs 丰度 。Fenton 氧化也是常用技术，利用亚铁离子与过氧化氢反应产生羟基自由基攻击ARGs 核酸，具有反应条件温和、设备简单的优势 。

2. 膜分离技术

膜生物反应器（MBR）等膜分离技术，通过膜的截留作用去除废水中的ARGs 。MBR 的膜组件可截留细菌、病毒等微生物及与之结合的 ARGs，防止其随出水流出 。膜表面形成的滤饼层和凝胶层进一步吸附截留ARGs 。不同材质和孔径的膜对 ARGs 去除效果有差异，小孔径膜截留效率高，但易引发膜污染，降低膜通量 。

（二）生物处理方法

1. 活性污泥法及其改进

传统活性污泥法对 ARGs 去除效果有限。序批式活性污泥法（SBR）通过交替进行进水、反应、沉淀、排水等操作，营造多变环境，抑制携带 ARGs 微生物生长，促进 ARGs 去除 。活性污泥与生物炭结合形成的系统，生物炭凭借吸附性能富集 ARGs，并为微生物提供附着位点，增强对 ARGs 的降解能力，显著提升去除效率 。

2. 生物强化技术

生物强化技术是向废水处理系统添加特定微生物，如高效降解抗生素或抑制 ARGs 水平转移的菌株 。某些芽孢杆菌可分泌抗菌物质，抑制携带 ARGs 细菌生长，同时降解废水中抗生素，减轻选择压力，降低 ARGs 传播 。具有吸附能力的微生物可通过吸附作用去除废水中ARGs，降低其浓度 。

（三）联合处理技术

单一处理技术往往难以满足工业废水中ARGs 的去除要求，联合处理技术可整合不同技术优势实现高效去除 。先利用高级氧化技术预处理，破坏ARGs 结构、提高废水可生化性，再通过生物处理降解剩余 ARGs，既能有效去除 ARGs，又可降低成本 。膜分离与生物处理联合，如 MBR 添加生物强化剂，在膜截留基础上，借助生物强化剂增强对ARGs 去除效果，提升系统稳定性与处理效率 。

四、结论

工业废水中 ARGs 的迁移转化规律复杂，受抗生素残留、重金属及环境条件等多种因素交互影响，在废水处理系统和环境介质中呈现多样化迁移传播路径 。当前针对 ARGs 的去除技术取得了一定进展，但物理化学方法成本高、可能产生二次污染，生物处理方法易受水质等因素影响，联合处理技术也有待优化 。未来需深入研究ARGs 迁移转化机制，特别是复杂环境下多因素协同作用；完善检测方法，提高检测准确性与全面性；优化现有去除技术，降低成本、提高稳定性与处理效率、减少二次污染；加强联合处理技术研究与应用，实现工业废水中 ARGs 的有效控制，降低其对生态环境和人类健康的潜在威胁，为工业废水处理提供更有效解决方案 。

参考文献

[1] 李阳 , 王慧 , 张伟 . 工业废水中抗生素抗性基因在活性污泥系统中的迁移转化机制研究 [J]. 环境科学进展 , 2025, 33(2): 123 - 135.

[2] 赵婷 , 刘畅 , 陈晨 . 膜分离与生物强化联合技术去除工业废水抗生素抗性基因的效能与机制 [J]. 水处理科学前沿 , 2025, 22(3): 45 - 58.

[3] 孙明 , 周伟 , 吴芳 . 高级