摘要
污水处理厂是纳米颗粒物的汇集枢纽，也是抗生素抗性微生物(ARB)和抗生素抗性基因(ARGs)传播的重要枢纽。释放到污水处理厂的纳米颗粒物会改变污水中微生物的环境敏感性。这将影响ARB和ARGs在出水消毒环节中的命运，进而可能带来健康风险。但目前此方面的研究尚不深入。 因此，本论文以多壁碳纳米管(MWCNTs)为代表，以序批式反应器(SBR)为研究单元，明确SBR中MWCNTs的存在对传统NaCl0消毒去除出水中ARB和ARGs的影响。通过探究MWCNTs对SBR运行状态、微生物理化状态和种群结构的影响，揭示MWCNTs暴露与后续氯化消毒中ARB和ARGs命运的关联。并在此基础上，初步探讨了MWCNTs强化NaClO去除ARGs的可行方法。基于上述研究目的，本论文的主要研究内容与结果如下: 1、通过测定SBR出水中ARGs的丰度，探讨了MWCNTs暴露对SBR反应器中ARB和ARGs分布的影响:通过表征SBR出水中微生物细胞膜的通透性、细胞内活性氧(ROS)含量等理化指标，研究了MWCNTs暴露对微生物生理状态的影响;采用宏基因组测序技术明确了MWCNTs暴露对SBR中微生物种群结构的影响。结果表明，MWCNTs的存在并未显著改变ARB的绝对丰度。但是，在MWCNTs存在的条件下，微生物细胞膜的通透性增加，破损细胞的比例达到40％以上，ROS的积累增加,而且微生物细胞会分泌更多胞外聚合物(EPS)。此外，MWCNTs会使SBR中微生物的种群结构发生明显变化，使tetX和sul2的主要宿主微生物(Dechloromonas等)的相对丰度小幅增加。 2、通过测定氯化出水的菌落数和16S-rRNA、qnrS、sull、sul2、teLA、tetX和intIl的绝对丰度，探讨了受MWCNTs的影响而改变生理状态的ARB在后续氯消毒环节的灭活情况，明确了SBR出水中胞内胞外ARGs的去除情况。进一步研究了MWCNTs对NaClO的氧化能力的影响，并结合微生物理化状态和种群结构的变化，明确了MWCNTs暴露影响后续氯消毒去除ARB和ARGs的机制。基于MWCNTs对ARB和ARGs去除的影响，初步探讨了MWCNTs强化NaClO去除ARGs的可行方法。结果表明，由于MWCNTs的暴露增加了微生物细胞膜的通透性和细胞内ROS含量，且细胞内CAT和SOD等抗氧化酶的活性不高，MWCNTs暴露下的微生物就不足以抵抗氯化过程，再加上MWCNTs的存在增加了氯敏感菌的丰度，出水中ARGs的潜在宿主就更容易被NaClO灭活。此外，MWCNTs可以激活NaClO产生1O2、·OH、ClO·和·O2-等自由基，使得NaClO氧化破坏EPS、损伤DNA的效果显著增强。因此，MWCNTs的暴露可以提高NaClO对出水中细胞内16S-rRNA、intIl和细胞外16S-rRNA、intIl、sul2和tetX的去除效率，其绝对丰度随MWCNTs浓度的增加而降低。初步探讨表明，弱电场辅助MWCNTs膜能够协同NaClO消毒进一步提高16S-rRNA、sull和intIl的去除率和去除速率。 本论文的研究结果有助于明确污水处理厂中纳米颗粒物与ARB的共存风险，对再生水中ARB和ARGs传播风险控制具有重要意义。
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