如何降服污水里的耐药菌(图)

2020-08-22 21:26:26    所在频道:  知识    来源: 科普时报

  随着城市化、工业化进程加快,污水问题成了全球性的环境难题,不管是居民生活污水,还是工厂排污,里面都含有大量有害物质,如果不能妥善处理,便会危及自然环境,甚至威胁人的生命健康。

  污水中的有害物质千千万万,耐药菌则是其中活着的毒物,解决起来非常麻烦。

  要说这种耐药菌从何而来,自从青霉素发明以来,人类仿佛利用抗生素战胜了细菌,但实际上细菌依靠强大的繁殖与演化能力,能对某种抗生素产生抗药性。

  人类排放的污水中含有多种抗生素,水中的细菌正好在这里进化成多重耐药菌。多重耐药菌一旦进入自然环境,贻害无穷,哪一天人一不小心感染上,很可能面临无药可医的危境。据测算,目前全球每年约有70万人死于耐药菌感染,若不采取措施,到2050年这一数字或超过千万。

  常规的灭菌方法在污水处理中都不大适用,高温灭菌太费能源,消毒剂可能产生更大污染,且成本高昂,紫外消杀或过滤不适宜大量污水处理。

  目前比较有希望的方法是利用纳米光催化剂产生活性氧,使之与细菌表面物质反应,破坏膜结构,以此杀灭细菌。不过多重耐药菌即便死了也会留下更致命的秘密武器——抗药性基因。

  最近,同济大学和美国莱斯大学的环境科学家发明了一种新型纳米光催化剂,不仅能够高效杀死耐药菌,还能顺便把抗药性基因也分解掉,解决后顾之忧。这种纳米催化剂结构精细,由一个碳酸氧铋核心与氮参杂还原氧化石墨烯壳层组成。

  这种纳米催化剂加入到污水中,活性氧在催化剂表面产生后会向水中扩散。扩散过程会导致活性氧浓度降低,并且复杂的背景物质很容易与活性氧反应,使其失去氧化活性。因此,细菌靠得越近就越容易被高浓度的活性氧破坏。

  研究人员通过实验证明,带有氮掺杂的氧化石墨烯层相比于没有氮掺杂或单纯的碳酸氧铋核心,更容易吸附细菌。这或许是因为氮原子使催化剂表面电势变低,减小了催化剂颗粒与细菌间的静电排斥,使它们更容易彼此靠近。一旦细菌靠近,催化剂表面带有的疏水基团会与细菌表面产生疏水相互作用,以此俘获细菌。从这一过程可以看出,氮原子和石墨烯都能帮助催化剂颗粒吸附细菌。

  在完成清除吸附细菌后,催化剂颗粒周围的细菌会被破坏,除了能牢固吸附细菌和基因,这款催化剂产生活性氧的量也提高了3倍左右,在单位时间内可以产生更多的活性氧,这对增强其杀菌效果也起到了重要作用。

  污水处理过程中,一般在沉淀池中让成团的微生物沉降去除,再经氯气、次氯酸、臭氧等消毒剂清除剩下的微生物,但这种方法无法保证除尽水中的抗药性基因,同时强氧化剂的使用也有环保方面的隐患。因此期待新型的除菌剂能够早日投入使用。