近期，中国科学技术大学环境科学与工程系王允坤与山东大学合作者在水处理系统膜法细菌耐药性扩散控制方面取得系列进展。分别开发了电活性超滤膜和聚电解质纳滤膜，并对城市污水处理系统二级出水中抗生素、抗性细菌和抗性基因的去除性能和机理进行探究，实现了水处理系统中细菌耐药性污染的控制。相关研究以“Electroactive ultrafiltration membrane for simultaneous removal of antibiotic, antibiotic resistant bacteria, and antibiotic resistance genes from wastewater effluent”和“Removal of antibiotics and antibiotic resistance genes by self-assembled nanofiltration membranes with tailored selectivity”为题分别在Environmental Science & Technology和Journal of Membrane Science上发表。

为切实保障人体健康和环境安全，抗生素、抗性基因等新污染物的治理受到国内外广泛关注。污水处理系统（WWTPs）是抗生素耐药性的主要汇集地之一，然而传统的生物处理工艺对抗生素去除效果有限，且在长期抗生素选择压力下诱导并促进抗性基因产生和转移，使得WWTPs成为细菌耐药性污染的产生源、储存库和排放源。膜分离技术具有出水水质好、处理效率高等优点，在水和废水处理方面备受关注。

其中，超滤膜虽能实现包括抗性细菌（ARB）在内的细菌的截留，但对于抗生素，胞外抗性基因的去除效果并不显著。同时，截留在膜表面得ARB仍有进一步扩散的风险。基于此，该系列研究首先通过将电催化氧化技术集成到膜过滤中，研发了多功能电活性超滤膜，在一定的电压下，该膜对可有效截留并灭活出水ARB，同时，电催化氧化降解去除水中的抗生素和抗性基因（ARGs），从而实现对出水中细菌耐药性扩散和生物性污染的有效控制。

纳滤膜可通过孔径筛分和电荷作用实现抗生素、抗性基因等新污染物的截留。然而，受限于渗透-选择性trade-off的限制，水通量和污染物截留性能很难兼顾。基于此，该系列研究通过调控聚电解质涂覆液中的聚电解质-盐相互作用控制聚电解质层结构，进而以超滤膜为基底，借助逐层自组装法制备具有不对称聚电解质多层结构的聚电解质多层纳滤膜。该膜以疏松聚电解质多层为底层填补超滤膜上的孔隙，以致密聚电解质多层为顶层提升膜截留性能，在保持与商用NF270膜相当的水通量的前提下，表现出更好的抗生素和eARGs去除性能，并展现出良好的结构稳定性。

此系列研究为水体抗生素、ARB和ARGs的去除提供了新的选择，有望成为控制复杂水体中细菌耐药性污染扩散的有效手段。

该工作得到了国家自然科学基金等项目的支持。

图1  电活性超滤膜用于同时去除废水中的抗生素、抗性细菌和抗性基因

图2  不对称聚电解质多层纳滤膜用于去除废水中的抗生素和抗生素耐药性基因

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.2c00268

论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0376-7388(22)00581-6