PAC混凝法在医院废水处理中的应用效果研究

PAC混凝法在医院废水处理中的应用效果研究

医院废水富含抗生素残留和抗生素耐药细菌，被认为是抗生素耐药基因(ARGs)传播到环境中的主要来源。虽然聚合氯化铝(PAC)混凝去除污染物的有效性已经在各种废水场景中得到了证明，但它在医院废水(HWW)处理中去除常规污染物和有害遗传污染物的具体应用还没有研究过。

2024年4月17日，中国疾病预防控制中心和中国农业大学资源与环境学院在Journal of Hazardous Materials 期刊发表题为“Enhancing pollutants removal in hospital wastewater: Comparative analysis of PAC coagulation vs. bio-contact oxidation, highlighting the impact of outdated treatment plants”研究论文，该研究对三个医院污水处理厂(HWTP)，包括PAC混凝-次氯酸钠消毒工艺(PAC-HWTP)，生物接触氧化-沉淀-次氯酸钠工艺(BCO-HWTP)，以及使用过时设备的PAC混凝系统(ODE-PACHWTP)处理的污水是否符合国家排放标准进行了评估。结果表明， PAC-HWTP对抗生素抗性基因、金属抗性基因、移动基因具有较高的去除效率。

研究方法

研究团队从三个污水处理厂的进水点和出水点收集了30份水样（2L/样），并采用多种方法进行检测：

• 测定了化学需氧量（COD）、总有机碳（TOC）、pH值、氨氮 (NH3-N)、悬浮物（SS）、残留铝（Al）等理化指标
• 进行了宏基因组测序
• 通过qPCR定量检测了16S rRNA、大肠杆菌生物标志物基因 (uida)、临床显着抗生素耐药性基因 OXA-58 和 MGE tnpA

研究结果

理化性质的变化

研究评估了九种常见理化指标，发现：

• 在三个污水处理厂的出水点表现出明显的梯度分布
• ODE-PAC-HWTP > PAC-HWTP > BCO-HWTP
• BCO-HWTP出水中COD、BOD5、pH、NH3-N、AS、Color、VP、SS等浓度基本符合国家排放标准
• PAC-HWTP出水的COD、BOD5、pH、NH3-N、AS、颜色、VP和SS水平通常符合国家预处理标准
• ODE-PAC-HWTP出水中COD和BOD5的浓度超过国家预处理标准
• ODE-PAC-HWTP和PAC-HWTP出水中残留Al浓度分别为0.86 ± 0.09 mg/L和0.32 ± 0.11 mg/L，均符合5.0 mg/L的排放标准

ARGs、MRGs和MGES的变体

研究发现：

• 三个HWTP的进水和出水中存在26种ARG类型共694种ARG亚型
• PAC-HWTP的ARGs相对丰度平均去除效率最高，达45.13%
• qPCR分析显示，PAC-HWTP中blaOXA-58的绝对减少量最大，为1.68 log

MRGs的多样性和去除效率

• 三个HWTP的进水和出水中鉴定出17种MRG类型共194个MRG亚型
• BCO-HWTP和PAC-HWTP的MRG相对丰度平均去除效率分别为42.08%和57.54%
• PAC-HWTP中18个MRG的相对丰度显着降低

MGE的多样性和去除效率

• 三个HWTP的进水和出水中确定了30种MGE类型共164个MGE亚型
• PAC-HWTP的MGE相对丰度平均去除效率最高，达80.61%
• qPCR证实PAC-HWTP在去除MGE方面表现最佳，减少0.90 log

病原体多样性评估

• 利用宏基因组分析发现，PAC-HWTP的病原菌去除效率最高，达72.17%
• qPCR验证显示，PAC-HWTP中16S rRNA基因的平均对数减少量为0.87
• 三个HWTP的进水和出水中共鉴定出30种病原体

ARGs的病原宿主

• 研究发现7种携带ARG的致病菌
• 多药耐药基因是这些病原体最常携带的基因

研究总结

该研究通过整合宏基因组测序、qPCR验证、水理化指标检测，评估了PAC混凝-次氯酸钠消毒工艺对常规污染物和遗传污染物的去除效果。结果显示，PAC混凝法处理效果优于生物接触氧化法，但在设备老化的情况下，去除效率会下降，凸显了设备升级的必要性。