水热碳化技术：同步去除畜禽粪便抗生素抗性基因及相关污染物的高效策略

《Journal of Hazardous Materials》：Hydrothermal Carbonization: A Potent Strategy for Simultaneously Eliminating ARGs-Associated Pollutants in Livestock Manure and Blocking ARGs Horizontal Gene Transfer

本文系统探讨水热碳化（HTC）技术对畜禽粪便中抗生素抗性基因（ARGs）的协同去除机制，证实其在220-240°C条件下可完全消除ARGs、移动遗传元件（MGEs）及病原体，并通过降低生物有效性Cu2+/Zn2+抑制质粒接合转移（HGT），为畜禽粪便安全资源化提供创新解决方案。

　　

研究亮点

水热碳化（HTC）技术通过精准调控温度（100-240°C）、反应时间（30-240分钟）和固液比（1:4-1:8），实现猪粪中抗生素抗性基因（ARGs）和移动遗传元件（MGEs）的彻底清除。高温条件（≥220°C）下，ARGs丰度从初始的10⁸-10¹⁵ copies/16S rRNA基因降至零，同时抗生素和病原体完全降解，彰显HTC在源头控制污染物的强大潜力。

水热碳化工艺

新鲜猪粪（FPM）经均质化处理后，在100ml不锈钢反应釜中进行HTC转化。实验系统追踪了污染物演化规律，发现高温长时反应可促进有机酸生成，导致水热炭pH（5.24-6.06）低于原料（6.28），且重金属生物有效性显著降低。

水热炭产量与pH特性

水热炭得率与pH值随温度升高而下降，240°C条件下生物有效性Cu²⁺/Zn²⁺浓度较220°C进一步降低52.2-66.4%。水热炭悬浮液可通过吸附胞外DNA、干扰能量代谢等机制，将质粒RP4接合转移效率抑制85-98%，有效阻断ARGs水平基因转移（HGT）。

结论

HTC技术通过优化参数可实现猪粪中抗生素、病原体、ARGs/MGEs的同步去除，其产物水热炭兼具土壤改良与阻断抗性基因传播的双重功能，为畜禽粪便资源化安全利用提供关键技术支撑。