《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Unraveling the seasonal removal of emerging pollutants and the dynamics of antibiotic resistance genes transfer in wastewater treatment plant
编辑推荐：
•对 Pharmaceuticals and Personal Care Products (PPCPs)、Endocrine Disrupting Chemicals (EDCs)、氯代持久性有机污染物 (Cl-POPs) 和全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 进行了季节性调查。
- •
对 Pharmaceuticals and Personal Care Products (PPCPs)、Endocrine Disrupting Chemicals (EDCs)、氯代持久性有机污染物 (Cl-POPs) 和全氟和多氟烷基物质 (PFAS) 进行了季节性调查。
- •
冬季的 EPA（环境污染物）总浓度是夏季的两倍，其中 PPCPs 占主导地位。
- •
生物处理过程，尤其是厌氧阶段，在 EPs 的去除中起主导作用。
- •
PPCPs 和 Cl-POPs 的去除涉及 Ferruginibacter、Flavobacterium、Anaerolinea 等微生物。
- •
夏季显示出更高的 ATP 相关水平基因转移 (HGT) 潜力；而冬季则有利于 ARG（抗生素抗性基因）的维持。
引言
快速的城市化和工业化显著增加了市政废水的数量和复杂性。在各种污染物中，新兴污染物（EPs），包括药品和个人护理产品（PPCPs）、内分泌干扰化学物质（EDCs）、全氟和多氟烷基物质（PFAS）以及氯化持久性有机污染物（Cl-POPs），由于它们的持久性、生物活性和潜在的生态风险而受到越来越多的关注。同时，抗生素抗性基因（ARGs）构成了额外的挑战，因为它们可以通过水平基因转移（HGT）传播，并可能使病原菌获得抗生素抗性 [1]。污水处理厂（WWTPs）被认为是 EPs 和 ARGs 富集的热点。然而，WWTPs 中 EPs 的不完全去除可能导致残留化合物通过处理后的出水进入水生环境，从而可能对生态健康和人类安全产生不利影响 [2]。EPs 和 ARGs 在全规模 WWTPs 中的同时存在带来了复合挑战，但它们的季节性出现模式和潜在的相互作用仍不够明确。因此，迫切需要评估现有处理工艺在去除 EPs 方面的性能，以为后续的精细调整提供坚实的基础。
此外，长期暴露于低于抑制浓度的 EPs 可能会促进 WWTPs 中生物处理单元内 ARGs 的传播 [3]。这种长期暴露可能会增强 ARGs 的垂直基因转移（VGT）和 HGT [4]。不断繁殖的 ARGs 通过出水或剩余污泥进一步传播。统计数据显示，传统 WWTPs 每分钟至少向周围环境排放 10^9 个耐抗生素的大肠菌，污染地下水和地表水 [5]。这种情况增加了人类通过饮用水或灌溉水接触到耐抗生素细菌及其基因的可能性。因此，有必要更好地了解 WWTPs 中 ARGs 的命运以及 EPs 出现的动态变化，以减轻相关风险。
温度、初始 EP 子型浓度和微生物组成等季节性因素可能会影响 WWTPs 中 EP 子型的去除，特别是在生物处理过程中。在大多数情况下，温度的升高或某些 EP 子型（主要是 PPCPs 和 EDCs）的初始浓度的增加预计会提高几乎所有目标 PPCPs 和 EDCs 的去除效率 [6]。然而，四种 EP 子型（PPCPs、EDCs、PFAS 和 Cl-POPs）与特定处理单元内的季节性因素之间的相互作用仍不清楚。此外，微生物组成的季节性变化使情况更加复杂。以往在 WWTPs 的研究中主要考察了 EP 类别的出现和去除情况，特别是 PPCPs 和 PFAS，并确定了可能与 EPs 去除相关的微生物类群 [7],[8]。然而，当 PPCPs、EDCs、PFAS 和 Cl-POPs 在 WWTPs 中同时存在时，化学结构与降解功能微生物之间的关系仍不明确，而在冬季和夏季它们的不同去除模式和微生物关联也没有系统地阐明。因此，这阻碍了建立增强各种 EP 子型去除的微生物调控方法。
此外，这些季节性因素可能会影响生物处理单元内 ARGs 的转移机制。ARGs 的转移机制包括 HGT 和 VGT。先前的实验室规模研究调查了温度对 ARGs HGT 的影响。例如，当温度从 5°C 升高到 30°C 时，《大肠杆菌》菌株之间的 HGT 转移频率增加了两个数量级 [9]。除了 HGT 之外，VGT 通过富集携带 ARGs 的微生物类群，在活性污泥中的 ARGs 传递中可能被低估 [10]。尚不清楚 WWTPs 中的ARGs转移途径是否受到季节性因素变化的影响。
基于这些研究空白，我们假设在具有代表性的冬季和夏季，不同处理单元中 EPs 的出现和去除会表现出不同的模式，而微生物群落组成和 ARG 轮廓在两个季节期间也会显示出差异。因此，本研究在一个典型的中大陆地处理工艺的 WWTP 中，针对具有代表性的冬季和夏季，研究了 31 种频繁检测到的代表性 EPs（15 种 PPCPs、8 种 EDCs、5 种 PFAS 和 3 种 Cl-POPs）在废水中的出现模式，以及一级、二级和三级处理的去除性能。为了进一步阐明去除机制，将空间去除模式与 EPs 的物理化学性质进行了关联。此外，还对生物处理单元的样本进行了宏基因组分析，以研究微生物群落组成的季节性变化对厌氧、缺氧和好氧阶段 EPs 去除的影响。宏基因组数据还用于研究 ARGs 转移的季节性模式和潜在机制，从而为评估全规模 WWTPs 中 ARGs 的传播提供了理论基础。本研究将 EPs 的出现和去除与微生物群落和 ARG 轮廓相结合，为全规模 WWTP 在具有代表性的冬季和夏季提供了更全面的评估。
章节片段
目标 EPs、溶剂和其他化学试剂
本研究监测的目标 EPs 包括 15 种 PPCPs、8 种 EDCs、5 种 PFAS 和 3 种 Cl-POPs，详细信息列在表 1 中。
选定的 EPs 是在废水中频繁检测到的有机微污染物，根据它们的类别、代表性、消费水平以及对水生生态系统和人类健康的潜在风险进行选择。目标 EPs 的物理化学性质和化学结构在表 S1 中列出。所有目标抗菌剂以及其他化学物质
WWTP 进水中 EPs 的季节性出现
污水处理厂进水中的 EPs 出现明显的季节性变化（p<0.05）。冬季的总 EPs 浓度为 4082.1±304.2 ng/L，而夏季为 2078.6±83.8 ng/L。在四种 EPs 中，PPCPs 的季节性变化最为显著，冬季的浓度（2766.7±184.4 ng/L）大约是夏季的 2.6 倍（1055.4±16.0 ng/L），显著影响了 EPs 的总体季节性趋势。
结论
本研究比较了在全规模 WWTP 的整个污水处理过程中，具有代表性的冬季和夏季 PPCPs、EDCs、Cl-POPs 和 PFAS 的出现和去除情况。冬季 PPCPs 的进水负荷显著高于夏季（p<0.05）。一级处理在冬季特别有利于 EDCs 和 Cl-POPs 的去除（分别为 38.57±16.87% 和 34.16±6.42%），而生物处理是 EPs 的主要去除单元，具有更高的去除效率
CRediT 作者贡献声明
刘海燕：验证、方法论。万年红：资源、概念化。李守道：验证、方法论。姜宇：写作 – 审稿与编辑、写作 – 原初草稿、监督、资金获取、概念化。何珊珊：写作 – 审稿与编辑、资源、方法论、调查、正式分析。邹雷：验证、资源。徐慧：可视化、方法论。张莉：验证、正式分析。唐英豪：写作 – 原初草稿、可视化
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系
致谢
本研究得到了中国湖北省自然科学基金（编号 2025AFB191）、国家自然科学基金（编号 52500050）和武汉工业大学青年学者培养计划（2022jc-07-03）的支持。
何珊珊|唐英豪|王思|蔡宇昂|熊秀全|徐慧|张莉|邹雷|刘海燕|万年红|李守道|姜宇
