抗生素廢水的處理技術研究與展望

余小玉

（廣東環(huán)境保護工程職業(yè)學院，廣東 佛山 528216）

由于人類在家庭或醫(yī)院、獸醫(yī)和農業(yè)等方面對抗生素的大量使用，大量的抗生素化合物不斷地從人為來源釋放到環(huán)境中，并對水生生物產生了不良影響，如對水生生物產生毒性、增強了細菌的耐藥性以及干擾內分泌等等[1]。因此在過去幾年，人們已經認識到抗生素是一類新的水污染物，并且引起重視，成為近年來的研究熱點之一。本文闡述了生物處理法、膜處理法、活性碳吸附法以及高級氧化技術在抗生素廢水處理中的研究應用。

1 生物處理法

抗生素大多是親水性的，并且具有生物抗性，因此，它們主要停留在廢水的水相中。廢水處理中影響抗生素殘留生物去除的主要因素有生化需氧量（BOD5）、缺氧和厭氧室的存在和大小、懸浮固體（SS）負荷、水力停留時間（HRT）、污泥停留時間（SRT）、污泥負荷F/M 比）、混合液懸浮固體（MLSS）、pH 和溫度等[2]。

SRT 與微生物的生長速度有關。高SRT 允許緩慢生長的細菌富集，因此提供更大的酶多樣性，其中一些能夠降解抗生素化合物[3]。膜生物反應器（MBR）可以達到較高的SRT，其中懸浮活性污泥通過使用膜進行固液分離而不是使用常規(guī)活性污泥中的沉淀池。

2 膜處理法

膜處理法中抗生素的去除可以通過多種機制進行。首先，可以通過吸附來控制，在吸附過程中，疏水性或具有強氫鍵特性的抗生素在過濾的初始階段容易吸附到膜上。然而，在許多情況下，由于未帶電溶質的空間效應或帶電溶質的空間效應和靜電效應的結合，可通過穩(wěn)態(tài)排斥反應進行去除[4]。這些機理取決于化合物的物理化學性質、溶液性質和膜特性等。

近年來在廢水處理過程中，納濾（NF）和反滲透（RO）中使用的較低膜孔徑已被證明能有效去除包括抗生素在內的低分子量藥物化合物。研究表明，包括喹諾酮類、磺胺類、四環(huán)素類和甲氧芐啶在內的幾種抗生素的去除率高達90%[5]。鑒于MBR 和NF/RO 膜過濾的互補處理能力，這兩種處理工藝的耦合有很大的空間來實現整體性能的提高。MBR/RO 對目標抗生素的總體去除率達到99%以上[6]。一些研究表明，膜的污染也會導致許多溶質的截留，主要是由于負表面電荷的增加導致離子物種的靜電排斥增加，同時非離子溶質的吸附能力增加。

3 活性碳吸附法

活性炭吸附處理可用于去除水中的許多疏水性藥物和一些帶電藥物[7]。吸附主要包括以下步驟：1）吸附劑周圍靜止液膜在吸附質運動中的溶質運移；2）液膜擴散吸附質沿液膜的運移；3）孔隙擴散吸附質通過多孔結構擴散到活性中心；4）吸附質與多孔結構之間的吸附相互作用。

活性炭吸附處理系統(tǒng)的去除效果取決于吸附劑的性質（如比表面積、孔隙率、表面極性和材料的物理形狀）和化合物的特性（如形狀、尺寸、電荷和疏水性）[8]。在活性炭吸附系統(tǒng)中，非特異性分散相互作用（如范德華力相互作用）是去除抗生素的主要機理。然而，離子抗生素與活性炭表面帶電基團之間的靜電相互作用可導致極性抗生素的去除。應注意的是，在廢水中應用活性炭吸附工藝的情況下，廢水基質中的天然溶解有機物競爭吸附位置，降低了抗生素和其他微污染物的活性炭容量。

4 高級氧化技術（AOPs）

AOPs 是廢水處理的一種非常有效的方法。這些過程涉及到強氧化性的自由基（如·OH 等）。·OH 是強有力的氧化劑，對有機物進行氧化和礦化。一些研究報道了AOPs 對廢水中抗生素的有效去除[9]。值得注意的是，大多數研究不包括關于在應用氧化過程中形成的副產物或與副產物的抗生素活性有關的信息。因此，應監(jiān)測AOPs 過程，并應伴隨生態(tài)毒理學調查來研究潛在毒性轉化產物的形成[10]。氧化過程降解抗生素的有效性將在很大程度上取決于特定的水中共存物質。例如，自然溶解有機物的存在可導致氧化副產物的形成，其可能導致水質在其初始污染狀態(tài)下惡化。類似地，硝酸鹽、碳酸鹽的存在會干擾目標抗生素的破壞，并最終降低所選AOP 的有效性[11]。目前，AOPs 的多元化得到了增強，因為它有著不同的生產羥基自由基的方法，有助于滿足特殊的處理要求。最常用的高級氧化技術有臭氧氧化法、芬頓試劑氧化法、TiO2多相光催化、超聲波降解法等。

5 結論與展望

傳統(tǒng)的污水處理工藝一般難以徹底處理抗生素廢水。與常規(guī)的活性污泥處理系統(tǒng)相比，MBR系統(tǒng)在去除某些抗生素方面更為有效，而缺點是處理成本相對較高。深度處理是傳統(tǒng)生物工藝的下游，能顯著提高廢水中抗生素的去除率。盡管深度處理的資金和運營成本增加了，但如果不進行深度處理，就難以達到越來越嚴格的排放標準的要求。目前在環(huán)境或污水處理過程中形成的轉化產物和氧化過程中物質的轉換只有很少的信息是可用的。未來的研究應專注于潛在的在處理過程中形成藥理活性或毒性更大的產品。此外，有必要對污水處理中人類代謝產物的發(fā)生、轉化和清除進行研究。

從實用的角度來看，有必要研究過程整合，以最大限度地發(fā)揮去除抗生素和消毒的處理效果，包括那些可以使用可再生能源資源的過程。此外，在從廢水中去除抗生素殘留的工業(yè)規(guī)模應用框架內，環(huán)境和經濟評估都是必要的。