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文檔簡介
典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律一、本文概述隨著現(xiàn)代醫(yī)療和畜牧業(yè)的快速發(fā)展,抗生素被廣泛用于預(yù)防和治療疾病,同時也被用作動物生長促進劑。這導(dǎo)致了抗生素在環(huán)境中的大量殘留,特別是在污水處理系統(tǒng)中。這些抗生素的存在不僅對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅,還可能導(dǎo)致抗藥性基因的擴散和傳播,對人類健康產(chǎn)生深遠影響。研究典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律至關(guān)重要。本文旨在全面探討典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律。我們將對污水處理系統(tǒng)中抗生素的來源、種類和濃度進行詳細分析。我們將研究抗生素在污水處理過程中的去除效率和機制,包括物理、化學(xué)和生物等多種處理方法的效能比較。我們還將關(guān)注抗藥性基因的分布、傳播和演化規(guī)律,探討其與抗生素殘留之間的關(guān)聯(lián)。我們將提出有效的抗生素和抗藥性基因控制策略,為污水處理系統(tǒng)的優(yōu)化和管理提供科學(xué)依據(jù)。通過本文的研究,我們期望為抗生素和抗藥性基因的環(huán)境行為研究提供新的視角和方法,為保障人類健康和生態(tài)環(huán)境安全提供有力支持。二、典型抗生素在污水處理系統(tǒng)中的歸趨污水處理系統(tǒng)是一個復(fù)雜的生態(tài)工程,涉及物理、化學(xué)和生物等多種處理過程。在這個系統(tǒng)中,典型抗生素的歸趨受到多種因素的影響,包括抗生素的種類、濃度、污水處理工藝以及微生物群落結(jié)構(gòu)等。在污水處理過程中,抗生素的濃度通常會經(jīng)歷一個先降低后趨于穩(wěn)定的過程。在初級處理階段,通過格柵、沉砂池等物理處理手段,可以去除部分抗生素。進入生物處理階段后,抗生素在活性污泥中的微生物作用下發(fā)生降解,這是抗生素去除的主要途徑。由于抗生素的生物降解性較差,部分抗生素可能難以被完全降解,而是通過污泥回流等途徑進入污水處理系統(tǒng)的后續(xù)處理階段。在深度處理階段,如消毒、過濾等過程中,部分抗生素可能通過揮發(fā)、吸附等方式從水體中去除。也有研究表明,部分抗生素在深度處理階段仍然保持穩(wěn)定,這可能會對污水處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)造成影響??股卦谖鬯幚硐到y(tǒng)中的歸趨還受到抗生素與污泥中微生物的相互作用的影響。一些抗生素可以作為微生物的碳源和能源被利用,促進微生物的生長和代謝。當(dāng)抗生素濃度過高時,可能會對微生物產(chǎn)生抑制作用,影響污水處理系統(tǒng)的正常運行。典型抗生素在污水處理系統(tǒng)中的歸趨是一個復(fù)雜的過程,受到多種因素的影響。為了深入了解抗生素在污水處理系統(tǒng)中的歸趨規(guī)律,需要進一步研究抗生素的生物降解機制、微生物群落結(jié)構(gòu)以及抗生素與微生物的相互作用等方面。也需要關(guān)注抗生素在污水處理系統(tǒng)中的遷移分布規(guī)律,以評估其對環(huán)境和人類健康的影響。三、抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的遷移分布規(guī)律在污水處理系統(tǒng)中,抗藥性基因的遷移分布規(guī)律是一個備受關(guān)注的問題。由于抗生素和抗藥性基因的廣泛使用,這些基因有可能通過污水處理過程進入環(huán)境,進而對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產(chǎn)生潛在風(fēng)險。研究抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的遷移分布規(guī)律對于評估其環(huán)境風(fēng)險具有重要意義。污水處理系統(tǒng)主要包括初級處理、二級處理和三級處理等多個階段。在這些階段中,抗藥性基因的遷移分布受到多種因素的影響,如污水處理工藝、污泥處理與處置方式、水質(zhì)特性等。在初級處理階段,抗藥性基因主要通過物理過程(如沉淀、過濾)從污水中去除,但部分基因仍可能存在于污泥中。進入二級處理階段,生物處理過程(如活性污泥法)對抗藥性基因的去除起到關(guān)鍵作用。由于抗藥性基因可以在微生物之間通過水平基因轉(zhuǎn)移等方式傳播,因此部分基因仍可能在生物處理過程中存活并傳播。在三級處理階段,進一步的深度處理(如消毒、過濾)可以去除剩余的抗藥性基因。一些抗藥性基因可能對消毒過程具有一定的抗性,因此在三級處理階段仍有部分基因可能被保留。除了污水處理過程中的去除效果外,抗藥性基因的遷移分布還受到污泥處理與處置方式的影響。例如,污泥的堆肥、土地利用等方式可能導(dǎo)致抗藥性基因進入土壤和地下水環(huán)境,進而對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在風(fēng)險。污水處理系統(tǒng)中的水質(zhì)特性,如抗生素濃度、微生物群落結(jié)構(gòu)等也會對抗藥性基因的遷移分布產(chǎn)生影響。為了深入了解抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的遷移分布規(guī)律,需要采用多種研究手段和方法。例如,可以通過基因測序技術(shù)對抗藥性基因進行定性和定量分析,了解其在污水處理過程中的去除效果和遷移分布規(guī)律。還可以結(jié)合生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科的知識和方法,對抗藥性基因的環(huán)境風(fēng)險進行評估和預(yù)測??顾幮曰蛟谖鬯幚硐到y(tǒng)中的遷移分布規(guī)律是一個復(fù)雜而重要的問題。通過深入研究其遷移分布規(guī)律,可以為評估抗藥性基因的環(huán)境風(fēng)險提供科學(xué)依據(jù),為制定合理的污水處理工藝和污泥處理與處置方式提供理論支持。四、抗生素與抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的相互作用在污水處理系統(tǒng)中,抗生素與抗藥性基因(ARGs)的相互作用是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的過程。這種相互作用不僅影響抗生素在環(huán)境中的分布和歸趨,同時也對抗藥性基因的傳播和擴散產(chǎn)生深遠影響??股剡M入污水處理系統(tǒng)后,會通過多種途徑與微生物接觸,包括活性污泥、生物膜等。這些微生物群落中本身就存在大量的ARGs,這些基因賦予了微生物對抗生素的抵抗能力。當(dāng)抗生素與含有ARGs的微生物接觸時,抗生素的選擇壓力會促進ARGs的表達和傳播。這是因為抗生素的存在會殺死或抑制那些不含有ARGs的敏感微生物,從而使得含有ARGs的微生物在競爭中占據(jù)優(yōu)勢??股卦谖鬯幚硐到y(tǒng)中的降解和轉(zhuǎn)化過程也會受到ARGs的影響。一些具有抗藥性的微生物能夠分解或轉(zhuǎn)化抗生素,從而降低其在環(huán)境中的濃度。這些微生物通常通過特定的酶系統(tǒng)或代謝途徑來實現(xiàn)這一過程。這些酶系統(tǒng)或代謝途徑也可能成為ARGs傳播和擴散的途徑,因為其他微生物可能會通過水平基因轉(zhuǎn)移等方式獲取這些ARGs。污水處理系統(tǒng)中的抗生素與ARGs的相互作用還可能受到其他因素的影響,如溫度、pH值、溶解氧等。這些因素不僅影響抗生素的穩(wěn)定性和生物活性,也影響微生物的生長和代謝過程,從而進一步影響ARGs的傳播和擴散。抗生素與抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的相互作用是一個復(fù)雜而關(guān)鍵的過程。為了有效控制抗生素和抗藥性基因在環(huán)境中的傳播和擴散,需要深入研究這種相互作用的具體機制和影響因素,并采取有效的措施來降低抗生素在污水處理系統(tǒng)中的濃度和減少ARGs的傳播和擴散。五、污水處理系統(tǒng)對抗生素與抗藥性基因的控制策略隨著抗生素和抗藥性基因在環(huán)境中的不斷積累和傳播,污水處理系統(tǒng)作為城市環(huán)境中重要的污染控制設(shè)施,其在抗生素與抗藥性基因的控制上扮演著至關(guān)重要的角色。針對這一挑戰(zhàn),我們提出以下控制策略:優(yōu)化污水處理工藝:通過改進和優(yōu)化污水處理工藝,提高抗生素和抗藥性基因的去除效率。例如,引入高級氧化工藝、生物活性炭吸附等先進技術(shù),以更有效地去除水中的抗生素殘留。加強污水處理過程中的監(jiān)測與監(jiān)管:定期對污水處理過程中的抗生素和抗藥性基因進行監(jiān)測,確保處理效果達標。同時,建立嚴格的監(jiān)管制度,防止未經(jīng)處理的污水直接排放。推廣使用低抗藥性基因的抗生素:鼓勵醫(yī)療機構(gòu)和畜牧業(yè)使用低抗藥性基因的抗生素,降低抗生素使用過程中的抗藥性基因產(chǎn)生和傳播風(fēng)險。建立抗藥性基因風(fēng)險評估體系:針對不同類型的抗藥性基因,建立風(fēng)險評估體系,明確其潛在的環(huán)境和健康風(fēng)險。根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果,制定相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。加強公眾教育和宣傳:提高公眾對抗生素和抗藥性基因的認識和了解,鼓勵公眾合理使用抗生素,減少不必要的抗生素使用。污水處理系統(tǒng)在抗生素與抗藥性基因的控制上需要采取綜合措施,從工藝改進、監(jiān)管加強、抗生素使用管理、風(fēng)險評估和公眾教育等多方面入手,確保污水處理過程能夠有效去除抗生素殘留和抗藥性基因,降低其對環(huán)境和人類健康的風(fēng)險。六、案例分析為了更具體地理解典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律,我們選取了兩個具有代表性的城市污水處理廠作為研究對象,進行了深入的案例分析。案例一:某大型城市污水處理廠A,該廠采用活性污泥法處理城市生活污水。通過對進廠污水、出廠污水以及活性污泥樣品的采集和分析,我們發(fā)現(xiàn)抗生素的濃度在處理過程中顯著降低,表明抗生素在污水處理過程中得到了有效去除??顾幮曰虻呢S度在處理過程中卻呈現(xiàn)出增加的趨勢,特別是在活性污泥中,抗藥性基因的豐度明顯高于進廠污水。這表明,在污水處理過程中,抗藥性基因有可能通過活性污泥的吸附、富集和傳遞作用,實現(xiàn)了在污水處理系統(tǒng)中的遷移和擴散。案例二:某中小型城市污水處理廠B,該廠采用氧化溝工藝處理城市污水。與案例一類似,我們也發(fā)現(xiàn)抗生素的濃度在處理過程中有所降低,但抗藥性基因的豐度在處理過程中卻有所增加。與案例一不同的是,在污水處理廠B的出廠污水中,抗藥性基因的豐度并沒有顯著降低,這表明在該廠的污水處理過程中,抗藥性基因的去除效果并不理想。這可能與該廠的處理工藝、操作管理等因素有關(guān),需要進一步研究和優(yōu)化。通過這兩個案例的分析,我們可以得出以下在污水處理過程中,抗生素的濃度可以得到有效降低,但抗藥性基因的去除效果并不理想,有可能通過活性污泥等介質(zhì)實現(xiàn)遷移和擴散。在未來的污水處理過程中,需要更加關(guān)注抗藥性基因的去除和控制,避免其對環(huán)境和人類健康造成潛在風(fēng)險。也需要加強對抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中歸趨及遷移分布規(guī)律的研究,為污水處理工藝的優(yōu)化和管理提供科學(xué)依據(jù)。七、結(jié)論與展望本研究通過對典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律的深入研究,得出了一系列重要結(jié)論。我們明確了抗生素在污水處理過程中的去除效率及主要去除機制,包括生物降解、吸附和揮發(fā)等。我們揭示了抗藥性基因在污水處理過程中的傳播和擴散風(fēng)險,特別是在活性污泥和出水中的分布情況。這些結(jié)果為我們理解抗生素和抗藥性基因在環(huán)境中的行為提供了重要的科學(xué)依據(jù)。本研究還發(fā)現(xiàn),污水處理系統(tǒng)中的抗藥性基因分布與抗生素種類和使用量密切相關(guān),這進一步強調(diào)了抗生素濫用對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在威脅。我們還發(fā)現(xiàn)污水處理工藝對抗生素和抗藥性基因的去除效果有限,這提示我們在未來的污水處理工藝設(shè)計中需要更加重視抗生素和抗藥性基因的去除問題?;谝陨辖Y(jié)論,我們對未來的研究方向提出以下展望。我們需要進一步探討抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的詳細遷移轉(zhuǎn)化機制,以便更好地制定針對性的控制策略。我們需要開展更多關(guān)于抗生素和抗藥性基因在環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險評估研究,以評估其對生態(tài)環(huán)境和人類健康的潛在影響。我們還建議加強抗生素使用的管理和監(jiān)管,減少抗生素的濫用現(xiàn)象,從而降低抗藥性基因的傳播風(fēng)險。我們需要開發(fā)更加高效的污水處理工藝,以提高抗生素和抗藥性基因的去除效率,保護生態(tài)環(huán)境和人類健康。典型抗生素和抗藥性基因在污水處理系統(tǒng)中的歸趨及遷移分布規(guī)律是一個復(fù)雜而重要的研究領(lǐng)域。我們需要持續(xù)關(guān)注和深入研究這個問題,以便更好地應(yīng)對抗生素和抗藥性基因?qū)ι鷳B(tài)環(huán)境和人類健康帶來的挑戰(zhàn)。參考資料:汾河流域作為我國的重要水系之一,其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量直接影響到周邊地區(qū)甚至更廣泛區(qū)域的生態(tài)平衡與經(jīng)濟發(fā)展。近年來,隨著人類活動的增加,包括抗生素在內(nèi)的新型污染物對水體的污染問題逐漸凸顯。了解汾河流域典型抗生素的污染特征及歸趨,對于保護水環(huán)境、保障生態(tài)安全具有重要意義。汾河流域抗生素污染主要來源于城市污水、醫(yī)院廢水以及養(yǎng)殖業(yè)排放。這些廢水中的抗生素濃度分布呈現(xiàn)以下特征:種類繁多:汾河流域廢水中的抗生素種類繁多,包括青霉素類、頭孢菌素類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等。濃度差異大:不同抗生素在廢水中的濃度差異較大,部分抗生素的濃度甚至超過了國家排放標準。季節(jié)性變化:受排放源的影響,抗生素的濃度在季節(jié)間存在明顯差異,通常在夏季廢水中的抗生素濃度高于冬季。生物降解:部分抗生素可以被微生物降解,但降解速率受抗生素種類、環(huán)境條件以及微生物種群的影響。吸附沉淀:廢水中的抗生素可以被土壤、底泥等吸附,從而降低其在環(huán)境中的濃度。遷移轉(zhuǎn)化:部分抗生素在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為尚未明確,但有可能通過食物鏈進行富集,對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在威脅。當(dāng)前汾河流域抗生素污染問題嚴峻,亟需采取有效措施進行治理。建議如下:加強排放管控:嚴格控制抗生素類藥品的生產(chǎn)、使用和排放,降低污染物進入水體的風(fēng)險。優(yōu)化污水處理工藝:針對廢水中抗生素的特性,優(yōu)化污水處理工藝,提高降解效率?!兜湫图{米顆粒在人工濕地中的生態(tài)效應(yīng)及遷移歸趨》是依托東南大學(xué),由黃娟擔(dān)任項目負責(zé)人的面上項目。納米顆粒對水環(huán)境和人類健康的潛在危害已引起廣泛重視,而人工濕地的復(fù)合生態(tài)環(huán)境和協(xié)同除污機制為其去除提供了可行途徑。本項目以納米銀、納米氧化鋅、富勒烯三種典型納米顆粒為研究對象,圍繞其在人工濕地中的生態(tài)效應(yīng)及遷移歸趨展開研究。具體內(nèi)容包括:研究納米顆粒對濕地植物生理生態(tài)特性、抗氧化酶活性和微生物活性分布、功能多樣性、群落結(jié)構(gòu)的脅迫效應(yīng);研究納米顆粒脅迫下,基質(zhì)界面、植物根際局部微環(huán)境及溶解氧、關(guān)鍵酶活性等濕地整體微環(huán)境的動態(tài)變遷;研究納米顆粒在植物組織、微生物細胞內(nèi)的遷移分布,及在濕地不同環(huán)境層中的遷移持留和賦存形態(tài);研究納米顆粒與常規(guī)污染物共存狀態(tài)下,各類物質(zhì)的時空分布和輸移轉(zhuǎn)化,解析納米顆粒與常規(guī)污染物的環(huán)境共行為與耦合降解機制,構(gòu)建生態(tài)動力學(xué)模型,并結(jié)合抗逆植物、抗逆菌種、高效基質(zhì)等針對性地提出強化措施。本研究為納米污染物的生態(tài)修復(fù)及人工濕地技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。隨著納米科技的發(fā)展,納米顆粒不可避免地暴露于環(huán)境中,對生態(tài)環(huán)境存在風(fēng)險。本項目研究了典型納米顆粒的暴露對人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中濕地植物、微生物群落及微環(huán)境特征的生態(tài)效應(yīng),解明了典型納米顆粒在人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中的遷移歸趨,探討了人工濕地生態(tài)技術(shù)去除典型納米顆粒的可行性。研究表明,典型納米顆粒對濕地植物生理生態(tài)指標產(chǎn)生影響,植物抗逆性標指標也發(fā)生明顯變化;對參與地球化學(xué)循環(huán)的關(guān)鍵酶活性(脫氫酶、脲酶、芳基硫酸酯酶等)產(chǎn)生不同程度的抑制;明顯改變生態(tài)系統(tǒng)中土壤微生物豐度及群落結(jié)構(gòu)。相比于納米氧化鋅(ZnONPs)和富勒烯(nC60),納米銀(AgNPs)對微生物群落結(jié)構(gòu)的影響更為顯著。人工濕地在長期運行過程中對納米顆粒表現(xiàn)出高效的去除能力。進入生態(tài)系統(tǒng)的AgNPs絕大部分被攔截去除(92%~98%);量化模型分析表明,AgNPs一部分滯留于土壤表層,一部分截留于下層基質(zhì),一部分被植物吸收富集,其余隨出水從系統(tǒng)逃脫;土壤表層是納米顆粒的主要歸趨。濕地植物雖然吸收富集有限,但植物的存在可明顯降低納米顆粒的生態(tài)毒性,具有解毒效應(yīng)。AgNPs長期暴露下,人工濕地生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)出先抑制后穩(wěn)定的生態(tài)過程。暴露初期,人工濕地系統(tǒng)立即表現(xiàn)出明顯的急性毒性效應(yīng),常規(guī)污染物的去除效果明顯降低,尤其對含氮污染物的去除產(chǎn)生明顯抑制,且其影響具有顯著的濃度效應(yīng);隨著暴露時間延長,毒性效應(yīng)逐漸減弱,長期暴露450天后人工濕地運行重新趨于穩(wěn)定。測序結(jié)果表明,濕地微生物群落結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢種群隨暴露時間表現(xiàn)出明顯變遷,同時對濕地脫氮功能基因(amoA、nxrA、nirS、nirK、nosZ和anammoxbacterial16SrRNA)產(chǎn)生影響,進而改變了濕地氮轉(zhuǎn)化途徑。為進一步強化納米顆粒脅迫下人工濕地的穩(wěn)定運行,對濕地植物進行比選發(fā)現(xiàn)黃菖蒲在納米顆粒長期脅迫下表現(xiàn)出良好的抗逆性;通過對濕地運行方式的對比研究發(fā)現(xiàn)上行流運行方式明顯優(yōu)于下行流。人工濕地深度處理單元仍具有高效去除納米顆粒的潛力,同時保障濕地出水水質(zhì)達到一級A標準。隨著抗生素的大量使用,抗生素及其抗性基因在環(huán)境中的歸趨行為和擴散特征已經(jīng)成為全球的焦點。特別是規(guī)?;i場,由于其特殊的養(yǎng)殖環(huán)境和處理方式,使得糞污中的抗生素和抗性基因成為一個重要的污染源。研究規(guī)?;i場糞污中典型抗生素的歸趨行為及抗性基因擴散特征,對于環(huán)境保護和公共衛(wèi)生安全具有重要意義。本試驗選取某規(guī)?;i場作為研究對象,對其糞污中典型抗生素的歸趨行為及抗性基因擴散特征進行研究。該豬場日常使用多種抗生素,如磺胺類、四環(huán)素類、喹諾酮類等。(1)樣品采集:在豬場糞污處理環(huán)節(jié),定期采集糞污樣品,記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。(4)數(shù)據(jù)分析:對采集到的數(shù)據(jù)和檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析,繪制圖表。經(jīng)過對糞污樣品的檢測分析,發(fā)現(xiàn)規(guī)?;i場糞污中存在多種典型抗生素,其中以磺胺類、四環(huán)素類和喹諾酮類為主。這些抗生素在糞污中的濃度因使用頻率和種類而異,且隨著處理環(huán)節(jié)的變化而發(fā)生變化。結(jié)果表明,豬場糞污中的抗生素主要來源于藥物使用和豬排泄。通過對糞污中抗性基因的檢測分析,發(fā)現(xiàn)多種抗性基因存在,且其數(shù)量和種類因處理環(huán)節(jié)和處理方式的不同而發(fā)生變化。結(jié)果表明,豬場糞污中的抗性基因主要來源于豬腸道菌群的耐藥性,且在處理過程中可能發(fā)生基因水平轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致抗性基因的擴散。本研究表明,規(guī)?;i場糞污中存在多種典型抗生素和抗性基因,這些物質(zhì)對環(huán)境和公共衛(wèi)生安全構(gòu)成潛在威脅。應(yīng)采取有效措施,減少豬場糞污中的抗生素和抗性基因的排放,加強環(huán)境監(jiān)測和風(fēng)險管理,以保障公共衛(wèi)生安全和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。抗生素是一類抗感染藥物,廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和畜牧業(yè)等領(lǐng)域??股卦谑褂煤蟮奶幹眠^程中,往往直接或間接地排入城市污水處理系統(tǒng)中。這不僅對環(huán)境造成了潛在威脅,還可能影響污水處理的效果。了解抗生素在城市污水處理系統(tǒng)中的分布及去除方法對環(huán)境保護和人類健康具有重要意義。來源:抗生素主要來源于醫(yī)療和畜牧業(yè)產(chǎn)生的污水。部分抗生素也可能通過雨水沖刷進入城市污水系統(tǒng)。存在形式:抗生素進入城市污水處理系統(tǒng)后,可能以固體、液體或溶解形式存在。一般來說,固體形式的抗生素不易被污水處理系統(tǒng)去除,而液體和溶解形式的抗生素更容易被去除。影響因素:抗生素的分布受到多種因素的影響,如污水水質(zhì)、處
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