基于一种新型高级处理工艺（包含类芬顿反应和生物活性炭），实现对饮用水中消毒副产物、机会性病原体及抗生素抗性基因的同步控制

《Bioresource Technology》：Simultaneous control of disinfection by-products, opportunistic pathogens, and antibiotic resistance genes in drinking water based on a novel advanced treatment process consisting of Fenton-like reaction and biological activated carbon

本研究开发了Fe3C-NC/PMS-BAC新型饮用水处理工艺，通过Fenton-like反应降解高分子有机物并调控微生物群落，有效降低消毒副产物（DBPs）、机遇性病原体（OPs）和抗生素耐药基因（ARGs）含量，为水处理工艺提供新思路。

　　在当今的饮用水安全领域，消毒副产物（DBPs）、机会性病原体（OPs）和抗生素耐药基因（ARGs）被认为是典型的水质风险因素。这些因素的同步控制一直是一个重要的挑战，因为它们相互影响，难以单独解决。因此，研究如何有效结合物理、化学和生物处理方法，以实现对这些风险的综合管理，具有重要意义。

本研究提出了一种新型的饮用水处理工艺（Fe?C-NC/PMS-BAC），该工艺结合了Fe?C-NC类芬顿反应与生物活性炭（BAC）处理技术。Fe?C-NC催化剂是以铁基金属有机框架（Fe-MOF）为前驱体，通过高温煅烧与二氰二胺（DCDA）反应合成。该催化剂在PMS（过硫酸盐）激活系统中发挥了重要作用，能够高效地将高分子量有机物分解为低分子量有机物，从而为后续的BAC生物滤池（PBAC）提供高效的生物降解条件。这种处理方式不仅提高了对有机污染物的去除效率，还显著降低了DBPs前体物质的含量，对饮用水安全具有积极影响。

在PBAC处理过程中，悬浮的胞外聚合物（EPS）中仅含有少量的多糖成分，这大大削弱了生物膜的稳定性及其对机会性病原体的保护作用。EPS是微生物群落的重要组成部分，其特性直接影响水质风险的控制效果。通过Fe?C-NC/PMS处理，EPS的组成和结构发生了变化，导致微生物群落的调控效果增强，从而抑制了ARGs的水平基因转移（HGT）。HGT是ARGs传播的重要途径，特别是在非致病性耐药菌和致病性菌之间，甚至在机会性病原体之间，都有可能发生。因此，Fe?C-NC/PMS-BAC工艺在减少饮用水中化学和微生物风险方面展现出良好的前景。

生物活性炭（BAC）作为一种先进的处理工艺，因其较高的吸附能力和较低的运行成本，在实际的饮用水处理厂中被广泛应用。BAC处理过程中，微生物在活性炭表面的吸附和生物降解作用对有机污染物的去除至关重要。然而，BAC处理也可能带来微生物的繁殖，增加机会性病原体的数量，对饮用水安全构成潜在威胁。此外，微生物及其代谢产物、EPS可能会从活性炭表面的生物膜中释放到水中，导致DBPs前体物质的增加，特别是氮类DBPs。近年来的研究表明，BAC处理可能通过改变微生物群落结构，促进ARGs的水平基因转移，这种现象与微生物群体感应（QS）密切相关。

基于上述研究背景，本研究构建了一种结合PMS激活系统与传统BAC处理工艺的新型饮用水处理流程（Fe?C-NC/PMS-BAC），用于实际砂滤水（SW）的深度处理。该处理流程的建立不仅提高了对有机污染物的去除效率，还显著改善了饮用水的微生物安全性。在处理过程中，Fe?C-NC/PMS系统通过生成强氧化性的活性物质（包括自由基和非自由基），有效氧化并分解高分子量有机物，使其转化为更容易被微生物降解的低分子量有机物。这些低分子量有机物在后续的PBAC处理过程中被高效去除，从而降低了DBPs的生成潜力。

为了全面评估Fe?C-NC/PMS-BAC处理工艺的水质风险控制效果，本研究通过检测处理后水样中的DBPs生成潜力、OPs丰度和ARGs含量，分析其对饮用水安全的影响。同时，通过溶解有机碳（DOC）浓度、特定紫外吸收度（SUVA）、高效尺寸排阻色谱（HPSEC）和激发-发射矩阵（EEM）荧光等方法，评估溶解有机物（DOM）的特性。此外，研究还关注了微生物活性、生物膜形态、宏基因组、EPS特性以及界面材料特性，以深入了解Fe?C-NC/PMS-BAC处理工艺在水质风险控制方面的增强性能。

通过上述研究，本工作不仅初步探讨了Fe?C-NC/PMS-BAC处理工艺在水质风险控制方面的机制，还揭示了该工艺在微生物调控中的作用原理。这些发现为未来饮用水处理工艺的设计和优化提供了新的思路，特别是在应对化学和微生物双重风险方面。同时，也为相关领域的研究提供了理论支持和技术参考。

综上所述，Fe?C-NC/PMS-BAC处理工艺在饮用水净化过程中展现出良好的应用前景。它不仅提高了对有机污染物的去除效率，还显著改善了饮用水的微生物安全性。通过合理调控微生物群落和EPS特性，该工艺能够有效降低DBPs、OPs和ARGs的含量，从而为实现饮用水的高质量和安全提供新的解决方案。未来的研究可以进一步优化该处理工艺的参数，探索其在不同水源条件下的适用性，并评估其长期运行对微生物生态的影响。这些努力将有助于推动饮用水处理技术的创新发展，为保障公众健康和生态环境安全做出贡献。