近日，国家自然科学基金重点项目《再生水的生物风险产生机制与控制原理》（项目批准号51738005）取得阶段性成果。项目成果提出了消毒残生细菌的概念和定义，系统总结了消毒残生细菌可能导致的健康、生态和工艺风险，明确了典型消毒残生细菌的识别方法，阐明了消毒残生细菌的群落结构特征、生长分泌特性、抗生素抗性及其与残生细菌风险的关联机制，强调了开展消毒残生菌控制研究的重要性，并探讨残生细菌风险控制策略。

    2020年肆虐全球的新冠疫情增加了人们对于生物安全的重视。在水处理中，消毒是控制生物安全必不可少的环节。由于消毒的目的是控制病原微生物，而不是灭活所有微生物，少量细菌会在消毒之后残存下来，成为消毒残生细菌。以往关于消毒的研究多关注消毒对微生物的灭活效果及副产物风险，对消毒之后残生的细菌关注不足。然而，消毒残生细菌却有可能带来更为严重的问题。消毒后残生的细菌可能具有更高的生长潜势和致病菌比例，更强的分泌和污堵特性，以及更高的抗生素抗性基因水平。这些问题使得关注消毒残生细菌的特性十分必要。

    1.消毒残生细菌的风险

消毒残生细菌的风险主要包括健康风险，工艺风险以及生态风险，如图1所示。文中重点关注在消毒过程中细菌总数下降的情况下反而却可能加重的风险。健康风险方面，残生细菌中病原菌存在再生长和相对丰度上升的问题。消毒的选择作用还会使残生细菌的抗生素抗性增强，威胁使用者或接触者的健康。典型的工艺风险方面，残生细菌形成的生物膜会加重净水膜的污堵，不同功能细菌比例的变化可能加剧输配管网的腐蚀。工艺风险会显著增加水处理设备设施的运行成本，并缩短其使用寿命。残生细菌中优势菌群的改变，以及包含抗生素抗性基因在内的一系列功能基因的丰度变化，可能带来更高的生态风险。

图1 消毒残生细菌的健康、工艺及生态风险

2.消毒残生细菌的群落结构特征

本文采用消毒后相对丰度大于5%的标准识别消毒残生细菌中的优势门，并统计出现频次（变形菌门各纲分别统计），如图2a所示。α-，β-和γ- Proteobacteria（变形纲）在三种常用消毒方式（氯消毒，紫外消毒，臭氧消毒）的残生细菌中出现频次均较高，Bacteroidetes（拟杆菌门）和Firmicutes（厚壁菌门）在氯消毒残生细菌中出现频次高。γ- Proteobacteria（变形纲），Firmicutes（厚壁菌门）在三种消毒过程中相对丰度均有所上升。Actinobacteria（放线菌门）在紫外消毒过程中，Cyanobacteria（蓝藻门）在臭氧消毒过程中相对丰度显著上升。

图2 消毒残生细菌中优势门的出现频次统计（a）及消毒过程中门水平的相对丰度变化（b-）（CCD：含氯消毒剂）

3.消毒残生细菌生长分泌特性及抗生素抗性

消毒残生细菌可能具有更高的再生长潜势，这可能与消毒过程对菌体的刺激、对菌群结构的改变以及对水中有机物可利用性的影响相关。消毒过程还会诱导一些细菌进入存活但不可培养（VBNC）状态，导致生物风险的可监测值远低于实际风险水平。残生细菌的分泌特性相比消毒之前也会有所变化，从而导致菌群的生物膜形成能力及生物污堵潜势发生显著变化。此外，多项研究报道了消毒残生细菌中的抗生素抗性基因丰度增加，以及消毒过程促进抗生素抗性基因的水平转移，这将提升菌群的整体耐药性，给后续微生物控制工艺带来困难。

4.消毒残生细菌的控制策略

消毒技术的不断发展为应对消毒残生细菌问题提供了多种可能。协同消毒可以有效应对某些细菌对于单一消毒的抗性，二次消毒可以对细菌细胞产生更严重的损害从而抑制再生长。一些新兴消毒技术，如某些高级氧化技术，电极内过滤消毒和纳米线电穿孔等在控制细菌再生长以及有害基因传播的方面具有明显优势。这些技术都有望用于控制消毒残生细菌的风险。除了消毒方式和药剂的选择，操作条件和剂量也值得关注，有报道表明，不同消毒剂量会导致截然不同的残生细菌危害潜势。

（1）消毒残生细菌是水处理中广泛存在的问题，细菌菌群经消毒之后群落特征、生长分泌特性、抗生素抗性等方面的变化可能引起一系列健康、工艺和生态风险。

（2）γ-变形纲，厚壁菌门在消毒过程中相对丰度呈现明显的上升趋势，假单胞菌，不动杆菌是多种消毒方式的典型残生细菌属，应在未来研究中重点关注。

（3）协同消毒、二次消毒和各种新兴消毒方式有望用于消毒残生细菌风险的控制。

（4）除水处理过程外，残生细菌问题也会存在于空气和固体表面消毒过程中。特别是在新冠病毒流行期间，消毒剂使用量增加，各种介质中的消毒残生细菌问题应当格外受到重视。