论文标题： UV-Based Advanced Oxidation Processes for Antibiotic Resistance Control: Efficiency, Influencing Factors, and Energy Consumption

期刊：Engineering

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.09.021

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抗生素耐药性已成为全球公共卫生的重大挑战，其对人类健康的威胁日益凸显。据联合国环境规划署统计，抗生素耐药性被列为六个值得关注的新兴问题中的首要问题。传统的污水处理工艺在去除抗生素耐药细菌（ARB）和抗生素耐药基因（ARG）方面效果不佳，大量ARB和ARG仍可能进入水环境，进而影响饮用水源的安全。为应对这一挑战，基于紫外线（UV）的高级氧化工艺（AOPs）作为一种新兴的水和污水处理技术，正受到越来越多的关注。

香港科技大学张相如教授课题组在《Engineering》上发表了题为“UV-Based Advanced Oxidation Processes for Antibiotic Resistance Control: Efficiency, Influencing Factors, and Energy Consumption”（基于紫外线的高级氧化工艺用于抗生素耐药性控制——效率、影响因素及能耗）的综述文章，韩佳芮、李婉鑫为共同第一作者，张相如为通讯作者。文章系统回顾了UV/氯、UV/过氧化氢和UV/过硫酸盐三种工艺在控制ARB和ARG方面的性能、潜在机制以及影响这些工艺效率的因素。研究指出，与单独的紫外线照射或化学氧化相比，这些组合技术显著提高了ARB灭活和ARG降解的效率。文章详细分析了生物因素、氧化剂剂量、紫外线强度、pH值和水基质特性等因素对UV-AOPs效率的影响，并基于单位数量级能耗（EE/O）对不同UV-AOPs进行了成本效益评估。

文章指出，UV/氯工艺因其易于实施且在降解难降解微污染物方面表现出高效性而备受关注。实验数据显示，UV/氯工艺在灭活不同种类的ARB方面表现出强大的能力，其效率高于单独UV和单独氯化的总效率。在使用UV/氯处理ARG时，也发现了ARG降解的协同效应。例如，在磷酸盐缓冲盐水（PBS）中，40分钟的UV/氯处理使tetM和blaTEM的降解量分别增加了0.98~3.20 log和1.28~3.36 log。此外，UV/氯处理显著抑制了ARB的再生和重新激活。

图1 水平基因转移的机制。（a）基因转移载体；（b）接合；（c）转化；（d）转导。

UV/过氧化氢工艺也得到了广泛研究。在30分钟的UV₂₅₄（9.85 mW·cm^-²）/H₂O₂（340 mg·L^-¹）处理中，污水中的目标ARG（sul1、tetX、tetG和intI1）丰度显著降低了1.55~2.32 log。然而，UV/H₂O₂工艺需要相对较高的UV通量和化学剂量，其效率仍高于单独使用H₂O₂或UV的工艺。UV/H₂O₂工艺已被证明能显著抑制细菌的光活化和再生。

UV/过硫酸盐工艺展现出巨大潜力。例如，在去除污水中的blaKPC-3时，UV254（2.3 μW·cm^-²）/PDS（238 mg·LL^-¹）过程比UV254（2.3 μW·cm^-²）/H₂O₂（34 mg·L^-¹）过程更有效，两种过程在1分钟内分别实现了80%和67%的blaKPC-3基因降解。UV/过硫酸盐工艺能有效灭活不同类型的ARB，并与单独使用紫外线或过硫酸盐处理相比，观察到了协同效应。

文章还讨论了影响UV-AOPs效率的因素。生物因素如胞外聚合物（EPS）的存在会影响UV-AOPs的效率，因为EPS可以增强细菌对环境胁迫的抵抗力。氧化剂剂量和紫外线通量也是关键因素。例如，在UV/氯工艺中，随着氯剂量增加至5 mg·L^-¹，sul1基因的降解率增加，而当氯剂量更高时，并未观察到进一步的增强效果。pH值在活性物种的形成和转化中起着至关重要的作用，因此会显著影响UV-AOPs工艺的效率。一般来说，酸性条件有利于UV-AOPs对ARB和ARG的控制。此外，水基质中的悬浮固体、溶解有机物（DOM）、无机阴离子和金属等成分也会显著影响UV-AOPs的效率。

在成本效益分析方面，UV-AOPs的资本成本低于其他高级处理技术，如臭氧氧化和膜技术。文章基于EE/O值对UV/氯、UV/H₂O₂和UV/过硫酸盐工艺进行了评估。结果显示，在PBS溶液中，UV/过硫酸盐工艺是最具成本效益的UV-AOPs。然而，在污水基质中，UV/氯工艺的能量效率高于其他基于UV的AOPs。尽管UV/过硫酸盐工艺对ARG降解的EE/OUV低于UV/氯和UV/H₂O₂工艺，但其EE/Ooxidant显著增加。UV/氯工艺在处理ARB和ARG方面具有较高的成本效益，但在应用UV/氯工艺之前，需要全面评估因有毒卤代副产物形成而带来的风险。

文章表明，基于UV的AOPs在控制ARB和ARG方面显示出显著的潜力。然而，其效率受到多种因素的影响，需要在实际应用中进行综合评估和优化。未来的研究应进一步探索如何在真实污水处理中权衡UV/氯工艺的能效与有毒卤代副产物的形成，以促进其在控制ARB和ARG方面的优化和应用。

论文信息：

Jiarui Han, Wanxin Li, Yun Yang, Xuanwei Zhang, Siyu Bao, Xiangru Zhang, Tong Zhang, Kenneth Mei Yee Leung. UV-Based Advanced Oxidation Processes for Antibiotic Resistance Control: Efficiency, Influencing Factors, and Energy Consumption. Engineering, 2024, 37(6): 28–43

开放获取：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.09.021

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