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近年来，抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)被视为一种新兴污染物，已成为环境与微生物生态领域的焦点课题，城市污水处理厂是生态环境中ARGs的主要储存库和排放源，含有充足营养物质和ARGs选择性因子(如多种抗生素、重金属等)，为 ARGs 水平转移的发生提供了适宜条件，同时也为其提供了集中去除的机会。目前，关于污泥厌氧消化处理过程中ARGs行为特征及控制因子研究还尚缺乏系统性。在污泥厌氧系统中添加外源零价铁(zero valent iron， ZVI)以强化厌氧反应进程的相关课题已多有尝试，相关研究结果已证实ZVI能够促进有机物水解、强化产氢、产CH4等增益效果，同时影响污泥厌氧微生物群落的结构组成，而这种改变对ARGs的行为特征必然会产生直接或间接的作用影响，但对ARGs行为特征及演变转移机制影响方面的研究还鲜有报道。
本研究将系统研究ZVI及其可能的氧化产物Fe3O4、Fe(OH)2和Fe(II)盐在对污泥高温厌氧消化体系酸化类型、挥发性脂肪酸、总产气量及CH4浓度等理化特性，以及厌氧体系内微生物群落特征改变的作用影响，为揭示不同抗性机制四环素抗性基因(tetracycline antibiotic resistance genes, TC-ARGs)在长期污泥厌氧消化进程中的表达差异及其内在机制提供一定的理论和实验基础。
本研究的主要研究结论如下：
1)铁的形态差异在与消化效能有关的理化指标上呈现不同优势，实验结果均优于空白对照。不同形态铁的投加均会不同程度的提高 VSS 削减率，促进有机物的水解酸化，其中 Fe(II)盐会最大程度强化污泥减量效果，而 Fe3O4由于其优良的导电性，能取得更高的 VSS 削减效率。不同形态铁的投加能够促进反应器pH快速从酸性状态回归中性，减少 VFAs在反应器内的累积，且有助于消化体系维持一个较低的 ORP环境，创造更适宜的产甲烷环境，其中 Fe(OH)2效果最佳； ZVI和Fe3O4能够大大加快厌氧反应器的产甲烷速率，Fe(OH)2虽然也能加快产甲烷过程，但运行中后期产甲烷活动受到显著抑制。铁在反应器内的形态变化呈循环模式，通过控制反应器pH值，能够间接调整体系内可生物利用铁浓度水平。铁的最初投加形态不同，在最终泥相中的存在形态也不尽相同，但都能够与污泥中硫离子结合，生成FeS，从而减少H2S气体的生成。
2)对反应结束后的污泥样本进行测序分析，结果表明厚壁菌门（Firmicutes）是空白对照和投加Fe3O4的反应器中的优势菌种，且Fe3O4的投加会促进变形菌门（Proteobacteria）的富集，综合群落均匀性后，在多样性上与空白对照组相近；ZVI 与 Fe(II)盐在促进放线菌门（Actinobacteria）生长的同时降低了 Firmicutes的丰度和体系内物种多样性；投加 Fe(OH)2 显著影响群落分布，绿弯菌门(Chloroflexi)为主要优势菌种，且物种多样性略有增加，但未能强化体系产甲烷效能。与水解相关的微生物仅在空白对照组中有发现，而其余反应器中发现与降解碳水化合物有关的优势菌种。
3)五个反应器中的产甲烷菌(Methanogenic bacteria，MPB)相对丰度都较高，且不同形态铁的投加会不同程度增加甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)相对丰度，相对减少甲烷细菌属(Methanobacterium)丰度；ZVI 直接促进体系中甲烷囊菌(Methanoculleus)的生长，使得甲烷产量得到较大幅度提升。值得注意的是，投加Fe(OH)2的反应器中Methanosarcina相对丰度最高，但其甲烷产量不增反降，可能是Fe(OH)2抑制了体系内水解产酸菌的生长所致。
4)依据抗性机制对 TC-ARGs 进行分类分析，综合分析三种不同机制的抗性基因在五个反应器内的丰度变化，除tetA之外，空白对照反应器中其余TC-ARGs均削减效果最佳，而不同形态铁的投加会降低体系内TC-ARGs以及intI1的削减效率，这可能是由于不同形态铁促进了TC-ARGs的水平转移。除Fe(OH)2以外，其它形态铁对TC-ARGs的水平转移的促进并无影响；Fe(OH)2对TC-ARGs影响较大，可能是因为其絮凝特性能够促进细菌微生物之间相互接触，且对厌氧消化过程理化指标及微生物群落分布造成较大影响，从而影响四环素抗药性细菌的生存状态。相关性分析结果表明，在高温污泥厌氧过程中，intI1与除 tetA和 tetW外的目标基因丰度之间显著正相关(P<0.05)，经过61天的连续运行，tetA分别在除外加Fe(OH)2的四个反应器内其相对丰度不降反升，tetW的削减效果不佳且外加 Fe(OH)2体系丰度有所上升，且两个目标基因与 intI1没有显著相关性，猜想其转移扩散可能与其他移动遗传因子有关，且不同形态铁对该移动遗传因子可能具有显著影响，值得深入探究。
5)相比其它TC-ARGs，tetA和tetW丰度与厌氧消化理化指标之间相关性并不显著。Fe(II)盐、ZVI 与空白对照的差异最小，与理化指标的联系上较为相近，与微生物群落分布分析结果一致，而Fe3O4由于能够促进种间电子转移，可能从侧面减弱了微生物与环境变化之间的联系，从而造成厌氧过程理化指标与TC-ARGs相关性降低；Fe(OH)2可能由于其絮凝特性促进细菌相互接触，有利于TC-ARGs 的水平转移，同时由于其本身不稳定，更容易与周围环境互相影响，在改变厌氧体系理化特性的同时，影响TC-ARGs的变化行为。
本研究将系统研究ZVI及其可能的氧化产物Fe3O4、Fe(OH)2和Fe(II)盐在对污泥高温厌氧消化体系酸化类型、挥发性脂肪酸、总产气量及CH4浓度等理化特性，以及厌氧体系内微生物群落特征改变的作用影响，为揭示不同抗性机制四环素抗性基因(tetracycline antibiotic resistance genes, TC-ARGs)在长期污泥厌氧消化进程中的表达差异及其内在机制提供一定的理论和实验基础。
本研究的主要研究结论如下：
1)铁的形态差异在与消化效能有关的理化指标上呈现不同优势，实验结果均优于空白对照。不同形态铁的投加均会不同程度的提高 VSS 削减率，促进有机物的水解酸化，其中 Fe(II)盐会最大程度强化污泥减量效果，而 Fe3O4由于其优良的导电性，能取得更高的 VSS 削减效率。不同形态铁的投加能够促进反应器pH快速从酸性状态回归中性，减少 VFAs在反应器内的累积，且有助于消化体系维持一个较低的 ORP环境，创造更适宜的产甲烷环境，其中 Fe(OH)2效果最佳； ZVI和Fe3O4能够大大加快厌氧反应器的产甲烷速率，Fe(OH)2虽然也能加快产甲烷过程，但运行中后期产甲烷活动受到显著抑制。铁在反应器内的形态变化呈循环模式，通过控制反应器pH值，能够间接调整体系内可生物利用铁浓度水平。铁的最初投加形态不同，在最终泥相中的存在形态也不尽相同，但都能够与污泥中硫离子结合，生成FeS，从而减少H2S气体的生成。
2)对反应结束后的污泥样本进行测序分析，结果表明厚壁菌门（Firmicutes）是空白对照和投加Fe3O4的反应器中的优势菌种，且Fe3O4的投加会促进变形菌门（Proteobacteria）的富集，综合群落均匀性后，在多样性上与空白对照组相近；ZVI 与 Fe(II)盐在促进放线菌门（Actinobacteria）生长的同时降低了 Firmicutes的丰度和体系内物种多样性；投加 Fe(OH)2 显著影响群落分布，绿弯菌门(Chloroflexi)为主要优势菌种，且物种多样性略有增加，但未能强化体系产甲烷效能。与水解相关的微生物仅在空白对照组中有发现，而其余反应器中发现与降解碳水化合物有关的优势菌种。
3)五个反应器中的产甲烷菌(Methanogenic bacteria，MPB)相对丰度都较高，且不同形态铁的投加会不同程度增加甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)相对丰度，相对减少甲烷细菌属(Methanobacterium)丰度；ZVI 直接促进体系中甲烷囊菌(Methanoculleus)的生长，使得甲烷产量得到较大幅度提升。值得注意的是，投加Fe(OH)2的反应器中Methanosarcina相对丰度最高，但其甲烷产量不增反降，可能是Fe(OH)2抑制了体系内水解产酸菌的生长所致。
4)依据抗性机制对 TC-ARGs 进行分类分析，综合分析三种不同机制的抗性基因在五个反应器内的丰度变化，除tetA之外，空白对照反应器中其余TC-ARGs均削减效果最佳，而不同形态铁的投加会降低体系内TC-ARGs以及intI1的削减效率，这可能是由于不同形态铁促进了TC-ARGs的水平转移。除Fe(OH)2以外，其它形态铁对TC-ARGs的水平转移的促进并无影响；Fe(OH)2对TC-ARGs影响较大，可能是因为其絮凝特性能够促进细菌微生物之间相互接触，且对厌氧消化过程理化指标及微生物群落分布造成较大影响，从而影响四环素抗药性细菌的生存状态。相关性分析结果表明，在高温污泥厌氧过程中，intI1与除 tetA和 tetW外的目标基因丰度之间显著正相关(P<0.05)，经过61天的连续运行，tetA分别在除外加Fe(OH)2的四个反应器内其相对丰度不降反升，tetW的削减效果不佳且外加 Fe(OH)2体系丰度有所上升，且两个目标基因与 intI1没有显著相关性，猜想其转移扩散可能与其他移动遗传因子有关，且不同形态铁对该移动遗传因子可能具有显著影响，值得深入探究。
5)相比其它TC-ARGs，tetA和tetW丰度与厌氧消化理化指标之间相关性并不显著。Fe(II)盐、ZVI 与空白对照的差异最小，与理化指标的联系上较为相近，与微生物群落分布分析结果一致，而Fe3O4由于能够促进种间电子转移，可能从侧面减弱了微生物与环境变化之间的联系，从而造成厌氧过程理化指标与TC-ARGs相关性降低；Fe(OH)2可能由于其絮凝特性促进细菌相互接触，有利于TC-ARGs 的水平转移，同时由于其本身不稳定，更容易与周围环境互相影响，在改变厌氧体系理化特性的同时，影响TC-ARGs的变化行为。