С изменением климата растет нехватка воды и, возможно, более длительные периоды засухи. Поскольку политики срочно обращаются к рециркуляции сточных вод, чтобы восполнить дефицит водных ресурсов, вопрос заключается в том, как лучше всего повторно использовать воду и обеспечить общественную безопасность. Новые и появляющиеся загрязняющие вещества, такие как гены устойчивости к антибиотикам (ARG), представляют потенциальную опасность для общественной безопасности и водной безопасности. Одной из проблем является распространение ARG через водную систему и рост развития устойчивых к антибиотикам супербактерий.
Адам Смит, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии Сонни Астани в Университете Южной Калифорнии, и группа исследователей, в которую входит Мустафа Харб, доцент Ливанско-Американского университета и Университета Южной Калифорнии в Витерби, доктор философии.. Студенты D. Филипп Ван и Али Зарей-Байги изучили и сравнили образцы из усовершенствованной установки по очистке подземных вод в Южной Калифорнии и подземных водоносных горизонтов, чтобы обнаружить различия в концентрациях ARG. Хотя они обнаружили, что усовершенствованная установка очистки подземных вод снизила почти все целевые ARG до уровня ниже пределов обнаружения, пробы подземных вод показали повсеместное присутствие ARG как в контрольных точках, так и в местах, пополняемых водой из усовершенствованной установки очистки воды.
Исторически сложилось так, что непрямые методы повторного использования, в которых экологический барьер является промежуточным этапом в процессе очистки воды, были более популярны, чем прямой процесс «от туалета до крана». В то время как непрямые методы повторного использования воды с точки зрения общественного восприятия и аппетита считались более надежными, на самом деле это прямые подходы повторного использования «от туалета до крана», которые не вводят буфер окружающей среды и производят более безопасную и более чистую воду для питья. Причина этого заключается в том, что ARG в окружающей среде могут загрязнять повторно используемую питьевую воду. Эти выводы были подчеркнуты в исследовании, опубликованном в журнале Environmental Science & Technology Letters..
Как ARG распространяются через системы очистки воды
В то время как некоторые ARG естественным образом встречаются в микробных сообществах, в водных источниках растет количество антибиотиков, ARG и устойчивых к антибиотикам патогенов в результате чрезмерного использования антибиотиков в целом. В типичном цикле водоподготовки сточные воды сначала очищаются на очистных сооружениях. Исследование показало, что эта вода остается с высоким содержанием ARG, поскольку они сохраняются на протяжении всего процесса очистки. Отсюда вода, предназначенная для повторного использования в питьевых целях, подвергается дальнейшей очистке с использованием передовых физических и химических методов, включая обратный осмос - процесс, в котором для очистки питьевой воды используется частично проницаемая мембрана.
В схеме непрямого повторного использования очищенная вода будет вливаться обратно в буфер окружающей среды, такой как водоносный горизонт подземных вод. Позже вода извлекается из водоносного горизонта и проходит дальнейшую очистку на очистных сооружениях питьевой воды, прежде чем подается в систему водоснабжения. Напротив, в подходах с прямым повторным использованием очищенная вода не возвращается в буфер окружающей среды, а вместо этого остается в инженерном водообороте, проходя от станции очистки сточных вод до станции повторного использования воды, до станции очистки питьевой воды, а затем до вашего предприятия. нажмите
Рассмотрение различий в ARG между различными источниками воды невероятно важно при рассмотрении будущих опасностей для здоровья, таких как развитие супержуков, сказал Смит. Поскольку очистные сооружения обычно не предназначены для удаления микрозагрязнителей, таких как антибиотики, они, как правило, сохраняются в системах очистки, что приводит к высокой плотности бактерий, устойчивых к ARG, на разных этапах очистки. Когда эта вода попадает в водоносный горизонт, где ARG уже встречаются в природе, она может быть загрязнена ARG и устойчивыми к антибиотикам бактериями. Еще больше усложняет проблему то, что ARG легко передаются посредством горизонтального переноса генов, что увеличивает риск возникновения устойчивых к антибиотикам патогенов.
«ARG никак не регулируются и представляют собой новый загрязнитель, вызывающий озабоченность из-за того, что мы полагаемся на биологическую очистку в искусственном водном цикле», - сказал Смит. «Поскольку они являются биологическими загрязнителями - небольшими фрагментами ДНК, которые выделяются в окружающую среду, - бактерии, присутствующие в принимающей среде, могут поглощать их, становясь сами устойчивыми и способствуя дальнейшему распространению устойчивости».
Повторное использование сточных вод является преобладающим вариантом решения проблемы растущего давления на глобальное водоснабжение и может быть предпочтительнее таких вариантов, как опреснение, которое по сравнению с этим является дорогостоящим и неэффективным с точки зрения энергии. Тем не менее, опасность распространения устойчивости к антибиотикам должна определять, какие методологии получат больше поддержки и инвестиций, как мы смотрим в будущее, сказал Смит. Устранение неизвестных веществ, которые сохраняются в водных буферах окружающей среды, может быть одним из способов гарантировать, что вода, поступающая в наши краны, не содержит ARG и других вредных загрязнителей.
«Уменьшение глобального распространения устойчивости к антибиотикам потребует междисциплинарного подхода, охватывающего экологические и клинические системы. Мы должны действовать быстро, прежде чем мы войдем в так называемый «постантибиотический мир», где бактериальные инфекции становятся неизлечимыми», Смит сказал.