摘  要：全球范围内抗生素抗药菌（ARB)和抗药基因（ARGs）的扩散已成为威胁人类健康的重要问 题。医院是抗生素污染的集中之地，其排放的污水是耐药菌传播的重要途径。因此，应用绿色、高效 的消毒技术对于控制抗生素耐药细菌传播意义重大。本文综述了医院污水中抗生素耐药性细菌传 播主要消毒技术的研究进展，这些技术不仅包括传统氧化工艺，还包括高级氧化工艺(AOPs)；介绍 了这些技术的应用和研究现状，分析了其去除抗药致病菌和抗药基因的性能；并对未来消毒技术的 研究和应用方向提出了展望。

　　关键词：抗药细菌；抗药基因；医院污水；消毒

　　自 19 世纪被发现并得到广泛应用以来，抗生素 在人类细菌性感染疾病的治疗方面发挥了巨大的作 用也随着其在世界范围内需求的不断增加而被大量 使用，其残留物在自然环境中不断蓄积，造成的污染 问题不容忽视。近年来在城市污水及制药厂的生产 废水中均能检测到抗生素残留[1-3]。常规污水处理方 法主要用于去除固体、溶解性有机物等，抗生素未经 针对性去除工艺处理就被排入自然水体，其危害不 仅仅表现在对人体及其他有机生物产生毒害上，更 在于其产生的抗生素耐药菌（ARB) 和抗药基因 （ARGs）的传播，导致用于疾病治疗的抗生素的疗效 受到抑制，威胁到了人类的健康和安全。因此，ARB 和 ARGs 被视作新型环境污染物[4]，引起了社会的广 泛关注。

　　医院是抗生素的使用主要场所，大多数抗生素 在人体内代谢不良，主要通过尿液排出[5]。与城镇生 活污水相比，医院废水中的 ARB 浓度更高[6]，且医院 污水中往往含有更高浓度的细菌和药物，这为 ARB 的传播提供了有利条件。故有效去除 ARB 和其他可 移动的遗传元素并最大限度阻止抗生素耐药性的传播，意义重大。本文综述了医院废水消毒技术，分析 了各技术对医院废水中耐药菌及其基因的去除效 果，以期为研究医疗废水消毒技术提供新思路。

　　1  医院废水中抗生素及耐药菌的传播

　　医疗废水成分复杂，包括多种药物和高浓度的 病原体、病毒和真菌，医院污水安全处理意义重大。 污水中含有多种化学物质，致使医院污水处理设施 的污染物负荷包括生物残留物[6-8]。医院中抗生素应 用得较多，且这些抗生素耐药菌（ARB）很容易通过 空气于住院患者之间传播，进而造成感染[9]，再通过 病人的尿液等排泄物进入医院的污水系统中，故在 污水中易检测到各种抗生素和抗耐药性细菌。污水 中最常见的耐药细菌是 VRE、大肠杆菌、革兰氏阴 性铜绿假单胞菌[10]，在医院废水中可以发现较高浓 度的这些抗微生物药物耐药性细菌，并且对广谱抗 生素青霉素具有耐药性的产碳青霉酶也已被发现在 医院内传播[11]。运用消毒技术来阻断抗生素耐药细 菌传播已成为关键手段。但是 Dodd[12]研究发现，消 毒过程会使 ARB 失去活性，但细胞碎片中未受损的DNA 残基可以通过自然转化或转导使环境中的其 他细菌群产生抗生素耐药性。甚至，死亡细菌可以 拥有完整的质粒，能够在合适的宿主体内自主复制 [13]。因此，要有效控制医院废水中抗生素耐药细菌的 传播，消毒技术就不仅要消灭该类微生物，还要使其 遗传物质变性而失去传播能力。

　　2  医院污水消毒技术

　　臭氧消毒、紫外线照射和次氯消毒都是常用的 医院废水消毒技术[14]。每种消毒技术都有其独特的 优缺点。针对传统消毒工艺的不足，新兴工艺包括 光催化氧化技术、芬顿（Fenton）氧化技术、电化学氧 化技术及超临界水氧化技术等高级氧化技术都得到 了迅速发展和应用。

　　2.1  传统消毒技术

　　2.1.1  氯消毒

　　氯消毒是目前医院污水消毒中应用最广的技 术，包括液氯消毒、二氧化氯消毒及次氯酸钠消毒。

　　Gautam 等[15]对医院污水氯消毒效果进行了评 价。20 mg/L 的 Ca（ClO）2 在 30 min 内的消毒率可达 98.5%，同时通过监测 3 个不同医院废水处理厂中 的抗生素抗性基因（ARGs），这些医院均以氯氧化为 终 端 消 毒 手段 ，结 果 显 示 ，qnrS、blaSHV -1 和 blaDHA-1 基因的 ARGs 去除率为（0.85~2.71）log， 抑制效果显著。然而，Yao 等[16]研究发现，消毒处理 后废水中的 5 种 β-内酰胺类 ARGs（blaOXA-1、 blaOXA-10、blaDHA-1、blaSHV-1、blaem-1）和 2 种 喹诺酮类 ARGs(qnrA 和 qnrD)的浓度反而会升高。 这一现象可能是由于氯用量不足，诱导形成更多菌 毛进行共轭转移造成的结果[17-19]。

　　2.1.2  臭氧消毒

　　臭氧具有优异的消毒性能，其在水中能够形成 具有更高氧化电位的羟基自由基，羟基自由基的氧 化电位仅次于氟[20]。与氯消毒相比，臭氧消毒反应 快、消杀彻底，且对 ARGs 的去除效果较好。Chiang 等[21]研究了中性条件下臭氧对医院污水的消毒效 果，发现添加 3.5 mg/L 的 O3 可以完全去除铜绿假单 胞菌。类似添加剂量的臭氧也能够使总大肠菌群的 数量减少 4 log 以上。但臭氧的制备和运行成本较 高[22]，且臭氧过量容易产生异味和副产品，进而影响人体健康[23]。

　　2.1.3  紫外线消毒

　　紫外线（UV）是指波长在 200~400 nm 之间的电 磁波，在消毒过程中无需投加化学药剂，故其不会产 生消毒副产物，无二次污染的风险。紫外消毒的原理 为波长为用 200~300 nm 的射线破坏细菌、病毒和 单细胞微生物的氧核糖核酸（DNA）和双链结构核糖 核酸（RNA），抑制蛋白质合成，可以达到杀灭细菌及 病原微生物的目的[24]。但紫外消毒效果容易受废水 浊度等因素影响，且存在照射渗透深度不足和消毒 后微生物复现的现象，故紫外线消毒被认为不适合 单独应用废水消毒，更推荐将紫外消毒与化学消毒 工艺结合，抑制微生物复活，既克服了单独使用紫外 消毒的缺陷，也给消毒工作带来了双重保障[25]。

　　2.2  高级氧化技术（AOPs）

　　高级氧化技术（AOP）的去除效率更高，这主要  是由于其形成了更强的氧化剂，通常是羟基自由基。 羟基自由基通常由 O3、H2O2 等氧化剂或水的直接光 解形成，而紫外线照射等为光解提供了更大的能量。

　　高级氧化技术主要包括光催化氧化技术、 芬顿 （Fenton）氧化技术、电化学氧化技术等。处理医院废 水时可以使用强氧化能力强、氧化速率快的 AOPs， 且它们没有污染转移，也不会产生大量有毒污泥[26-  27]。本节介绍了几种 AOPs 技术(芬顿（Fenton）氧化技 术、光催化氧化技术、电化学氧化技术)应用于去除 各种抗微生物耐药性细菌和抗微生物耐药性基因的 成效。

　　2.2.1  芬顿（Fenton）氧化技术

　　传统 Fenton 氧化反应的条件比较严苛，需在酸 性条件下进行，Fe2+与双氧水反应可以生成具有很高 氧化电位的羟基自由基。Fenton 氧化反应的效率受 温度、pH 及 Fe2+与双氧水浓度配比的影响。由于 Fenton 氧化反应的影响因素较多，实施难度大，处理 成本高，同时双氧水自身的特性，导致该反应还存在 一定的安全风险[28]。为克服传统 Fenton 氧化技术的 缺陷，研究人员引入超声波、电、光及一些过度金属 等现代化技术来强化 Fenton 氧化的效果。

　　Munoz 等[29]报道了 Fenton 去除医院污水中总大 肠菌群的效率。在温度高于 70 。C 时，该工艺处理后 的废水毒性为原废水的五分之一。UVC 光照射下的Fenton 工艺可将医院废水中的总大肠菌群和大肠杆 菌完全清除[30]。此外，Serna-Galvis 等[31]也评估了 UVC 光照射下 Fenton 工艺对医院废水中耐碳青霉 烯类肺炎凯布菌的去除效果，发现在 UVA 光的照射 下，使用 5 mg/L 的 Fe2+和 50 mg/L 的 H2O2 可使细菌 浓度在 300 min 内降低 3.3 logs，而添加 9 μm 柠檬 酸可以增强 UVC 光照射下 Fenton 工艺的反应过 程，在 300 min 内可完全去除肺炎凯布菌。他们还提 出使用 14 709 μm 的 Na2S2O8 替代 H2O2，以提高消 毒效率。

　　2.2.2  光催化氧化技术

　　光催化氧化的常用氧化剂有双氧水（H2O2）和臭 氧（O3 ）等，常用催化剂有二价铁（Fe2+）、三价铁 （Fe3+）、TiO2、WO3 等[32]。应用最多的是催化光臭氧化 工艺（UV/TiO2/O3），该过程包括从固体催化剂上吸 附的氧和臭氧（O2（ads）和 O3（ads））提供的羟基自由 基[33]。此外，紫外线的照射不仅有助于微生物渗透到 细胞中，还可以通过氧化剂的光活化作用促进羟基 自由基产生，Machado 等[34]利用配备低压杀菌汞灯 的斜坡式反应器，研究了催化光臭氧化工艺去除医 院污水中耐热大肠菌群的方法。他们得出结论，在 光照射斜坡中使用 2.96 mg/cm2 的 TiO2，并在反应器 内部空气中产生 5.8 mg/h 的 O3，可以使废水在处理 60 min 后完成彻底的消毒。Kis 等[35]也在相同的操作 条件下使用该催化光臭氧化工艺（UV/TiO2/O3）工艺 对医院废水进行了消毒。结果表明，催化光臭氧化 工艺（UV/TiO2/O3）作以为一种有效的消毒方法，可 以达到完全去除大肠杆菌和耐热大肠菌群的目的。

　　2.2.3  电化学氧化技术

　　电化学氧化技术在电场、磁场及高温高压等条 件下，利用双氧水及臭氧等强氧化剂，通过反应产生 OH、O2-等高氧化电位自由基，将废水中难降解的大 分子污染物降解为小分子物质[36]。电化学氧化技术 主要依靠电极反应和自由基进行氧化。Zhou 等[37]使 用 Ti/SnO2-Sb2O3/PbO2 阳极和碳纤维阴极去除粪大 肠杆菌（9.101 CFU/mL）。施加 80 Am-2 电流密度， 12 min 内可以达到完全消毒的效果，这可能是由于 反应中 NaCl 的初始质量浓度大于 200 mg/L，电化 学产生了较多游离氯，可以提高消毒率。Rieder 等[38]  研究了一种基于脉冲电场（PEF）的新型消毒方法。PEF 技术直接应用于生物细胞膜，膜上的双层磷脂 在 PEF 作用中被破坏，细胞发生裂解。研究表明，在 PE 的 F 作用下，铜绿假单胞菌可以被完全清除。另 外，通过测定医疗废水中降解遗传物质的核酸酶活 性，未发现促进 ARB 传播的遗传转移的情况。

　　3  结论与展望

　　当前，对医院污水进行消毒处理，应用较多的还 是传统消毒技术，但它们在控制抗生素耐药细菌传 播方面存在一定的局限性，可以采用结合多种消毒 技术的模式来克服单一消毒技术的不足，但对其技 术联合应用的研究有待补足。

　　高级氧化技术（AOPs）可促进产生大量高活性 物质，其具有氧化性强、效率高和消杀彻底等优势。 应重视对基于高级氧化技术的消毒技术的研究，克 服反应器材料、电极材料、过渡金属等因素的制约， 降低使用成本，优化操作条件，最大限度地减少消毒 时产生的有毒副产物，确保该技术的有效性和经济 性。

　　目前，高级氧化技术的应用大多还停留在中试 规模，日后还需对扩大该技术的使用规模展开深入 研究。

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