農林廢棄物處理抗生素廢水的研究進展

收稿日期：2023-11-07

基金項目：2021年度江西省教育廳科學技術研究項目立項名單“農林廢棄物對廢水中抗生素吸附的研究”（GJJ215610）。

作者簡介：童林（1993—），女，江西九江人，碩士，講師。研究方向：分析化學和藥物分析。

摘要：隨著抗生素在醫療行業和農業等領域的大量使用，部分抗生素以原型藥物形式排入江河湖海，使得水中抗生素含量增多。吸附法是常用的抗生素廢水處理方法，操作方便，抗生素去除率高，原料價格便宜，不產生高毒性和難處理的副產物。農林廢棄物可以作為制備生物炭的原料，運用到廢水處理中。本文結合抗生素廢水的處理方法和農林廢棄物的改性方法，分析農林廢棄物處理抗生素廢水的優勢，從而利用農林廢棄物制備生物炭，有效處理抗生素廢水，改善水環境。

關鍵詞：抗生素廢水；農林廢棄物；處理；吸附法；生物炭

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.030

Research Progress on Treatment of Antibiotic Wastewater with Agricultural and Forestry Waste

TONG Lin

（Nanchang Medical College， Nanchang 330052， China）

Abstract： With the widespread use of antibiotics in the medical industry and agriculture， some antibiotics are discharged into rivers， lakes， and seas in the form of prototype drugs， resulting in an increase in antibiotic content in the water. Adsorption method is a commonly used method for treating antibiotic wastewater， which is easy to operate， has a high antibiotic removal rate， cheap raw material prices， and does not produce high toxicity and difficult to treat by-products. Agricultural and forestry waste can be used as raw materials for the preparation of biochar and applied in wastewater treatment. Based on the treatment methods of antibiotic wastewater and the modification methods of agricultural and forestry waste， this paper analyzes the advantages of treating antibiotic wastewater with agricultural and forestry waste， and uses agricultural and forestry waste to prepare biochar， effectively treating antibiotic wastewater and improving water environment.

Keywords： antibiotic wastewater; agricultural and forestry waste; treatment; adsorption method; biochar

我國抗生素的使用量一直居高不下，抗生素的濫用導致環境污染和生態破壞日益嚴重。目前，市面上使用的抗生素分為人用和獸用兩大類，該類藥物大部分不能被體內完全吸收和代謝，以原型藥物排出體外。以喹諾酮類藥物為代表，通過原型藥物形式排出體外（85%），未經處理的排泄物通過管道排放進入地下水中，導致地下水污染，進而危害生態環境和人體健康[1]。目前，抗生素廢水作為新的環境污染物，受到各國的高度重視，如何有效去除廢水中抗生素殘留已成為研究熱點。

城市污水、地表水、飲用水和地下水等都檢測到不同濃度的抗生素殘留[2]，這對生態環境和人體健康構成直接威脅。病原菌長期受到水環境中抗生素的作用，會提高耐藥性，導致抗生素藥效降低；人體長期接觸水中殘留的抗生素，可能會對體內組織器官產生不同程度的損傷；水環境中的抗生素可能會對整個微生物菌群產生潛移默化的影響，進而影響整個生態系統。所以，如何有效去除廢水中殘留的抗生素，做好廢水處理，凈化飲用水源，已成為目前亟待解決的公共衛生問題[3]。結合抗生素廢水的處理方法和農林廢棄物的改性方法，本文分析農林廢棄物處理抗生素廢水的優勢，從而利用農林廢棄物制備生物炭，有效處理抗生素廢水，改善水環境。

1 抗生素廢水的處理方法

目前，抗生素廢水的處理方法主要有生物降解法、光催化氧化法和吸附法。前兩種方法成本較高，較難推廣和應用，難以實現工業化[4]。吸附法具有操作方便、抗生素去除率高、原料價格便宜、不產生高毒性和難處理的副產物等優點，已被廣泛用于去除廢水中各種污染物，是去除抗生素殘留的有效方法[5-6]。如表1所示，常用的吸附劑有活性炭、生物炭、天然黏土（如膨潤土）、離子交換材料和碳納米管等[6-8]，吸附原理主要為物理吸附和化學吸附。吸附率通常與材料比表面積、孔隙率、孔徑大小和官能團等成正相關。

吸附劑可以有效去除廢水中的抗生素殘留，去除率基本都在90%以上，廣泛運用的是活性炭、生物炭和碳納米管。但是，材料成本和再生成本較高是制約活性炭、碳納米管大規模應用的主要原因。相比之下，生物炭可以以更低成本制備，具有相同或更好的吸附效果，因此開發和選擇合適的生物炭原料是需要關注的重點，也是目前研究的熱點。

2 農林廢棄物的改性方法

農林廢棄物主要包括玉米芯、松果、秸稈、米糠、稻殼、木屑和花生殼等，它們是易獲取、價格低廉、高效、可降解的吸附劑原料[9]。因此，農林廢棄物可以作為制備生物炭的原料，用于抗生素廢水處理。目前，農林廢棄物生物炭的制備方法有熱解法、水熱碳化法，但是通過簡單處理制得的生物炭空隙小，比表面積小，化學吸附官能團少，導致抗生素吸附率不理想。因此，要通過適當的方法對原料進行改性，以提高吸附率。目前采用的改性方法有活化法和復合法，活化法能有效增加生物炭的比表面積，提高其吸附率；復合法把生物炭復合材料與其他材料整合，增加生物炭的吸附位點，進而提升其吸附能力[10]。

2.1 活化法

生物炭的活化方法有酸堿法和蒸汽法，使原料具有微孔網格，從而增加吸附面積。常用的溶劑是氫氧化鉀和氫氧化鈉，此處理方法可增大比表面積，使得含氧官能團（-OH）增多。研究表明，通過KOH堿蝕和酸性溶劑氧化，制備棉衍生多孔碳氧化物，它具有較大的比表面積和豐富的空隙，能夠高效吸附廢水中的有機物和重金屬離子。但是，該方法成本較為昂貴，若大規模推廣應用，會增加成本，同時酸堿處理可能會造成二次污染[11]。

2.2 復合法

生物炭的復合方法主要是將生物炭與適當材料（TiO2、馬來酸酐等）進行分子交聯，形成新的復合生物炭，增大吸附率。研究表明，用丙烯酰胺和馬來酸酐接枝膨潤土/木質素磺酸鈉制備復合吸附材料，能有效去除廢水中的大分子化合物[12]。但是，該方法對復合物的材料選擇要求較高，制備成本較高。

3 農林廢棄物處理抗生素廢水的優勢

農林廢棄物用于抗生素廢水處理，優勢主要有兩點。一是農林廢棄物孔隙豐富，比表面積大，能有效與抗生素分子進行物理吸附；二是農林廢棄物的官能團種類較多且數量也多，如-OH等，這些基團能提高其對抗生素的化學吸附能力。

農林廢棄物可以作為吸附劑，用于去除廢水中的重金屬和抗生素。BABY等[13]將油菜的廢棄莖脫水，然后加甲醛固定，形成生物吸附劑，再通過鉛、鎳、鉻離子的吸附試驗驗證其可作為一種綠色環保的生物吸附劑。Mallampati等[14]將鋯離子固定在蘋果皮表面，用于加強對陰離子的吸附。負載鋯離子的蘋果皮吸附水中陰離子污染物，如磷酸鹽、砷酸鹽、亞砷酸鹽和鉻酸鹽，結果表明，鋯離子對蘋果皮的改性可以增加其吸附能力。LI等[15]將花生殼烘干后粉碎成粉末，考察其對四種磺胺類抗生素的生物吸附能力。Zhou等[16]收集廢棄的蘑菇底物制備吸附劑，分別考察不同條件下其對磺胺類抗生素的吸附能力，其吸附前后的掃描電鏡結果顯示，藥物吸附后，吸附劑表面呈絮凝膜狀，說明其表面有大分子物質被吸附。張艷杰等[17]通過對玉米芯的理化分析制備吸附劑，通過傅里葉紅外光譜、吸附動力學和等溫線分析等方法，研究其對磺胺甲基異戊唑和甲氧芐啶的吸附效果，并闡明吸附機制以多層吸附為主，吸附

率高。

4 結論

目前，人們賴以生存的水資源正在以各種方式受到污染，這也引起各界對動物健康與環境保護的關注。隨著抗生素的廣泛應用和工業化進程的不斷加快，國內乃至全球不同水域的水資源受到抗生素污染，因此尋找高效便捷的抗生素廢水處理工藝成為亟待解決的問題。在抗生素廢水處理中，目前廣泛運用的吸附劑是活性炭、生物炭和碳納米管。經對比，生物炭制備成本更低，能達到其他兩種材料相同或更好的吸附率。農林廢棄物經改性處理后制備生物炭，生物炭對廢水中抗生素有良好的吸附作用，改性處理能夠增強生物炭對廢水中抗生素的吸附效果。未來，要選擇和開發合適的生物炭原料，制備低成本和高效率的吸附劑，以有效處理抗生素廢水，保護寶貴的水資源和水環境。

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