抗生素废水的处理技术研究与展望

余小玉

（广东环境保护工程职业学院，广东 佛山 528216）

由于人类在家庭或医院、兽医和农业等方面对抗生素的大量使用，大量的抗生素化合物不断地从人为来源释放到环境中，并对水生生物产生了不良影响，如对水生生物产生毒性、增强了细菌的耐药性以及干扰内分泌等等[1]。因此在过去几年，人们已经认识到抗生素是一类新的水污染物，并且引起重视，成为近年来的研究热点之一。本文阐述了生物处理法、膜处理法、活性碳吸附法以及高级氧化技术在抗生素废水处理中的研究应用。

1 生物处理法

抗生素大多是亲水性的，并且具有生物抗性，因此，它们主要停留在废水的水相中。废水处理中影响抗生素残留生物去除的主要因素有生化需氧量（BOD5）、缺氧和厌氧室的存在和大小、悬浮固体（SS）负荷、水力停留时间（HRT）、污泥停留时间（SRT）、污泥负荷F/M 比）、混合液悬浮固体（MLSS）、pH 和温度等[2]。

SRT 与微生物的生长速度有关。高SRT 允许缓慢生长的细菌富集，因此提供更大的酶多样性，其中一些能够降解抗生素化合物[3]。膜生物反应器（MBR）可以达到较高的SRT，其中悬浮活性污泥通过使用膜进行固液分离而不是使用常规活性污泥中的沉淀池。

2 膜处理法

膜处理法中抗生素的去除可以通过多种机制进行。首先，可以通过吸附来控制，在吸附过程中，疏水性或具有强氢键特性的抗生素在过滤的初始阶段容易吸附到膜上。然而，在许多情况下，由于未带电溶质的空间效应或带电溶质的空间效应和静电效应的结合，可通过稳态排斥反应进行去除[4]。这些机理取决于化合物的物理化学性质、溶液性质和膜特性等。

近年来在废水处理过程中，纳滤（NF）和反渗透（RO）中使用的较低膜孔径已被证明能有效去除包括抗生素在内的低分子量药物化合物。研究表明，包括喹诺酮类、磺胺类、四环素类和甲氧苄啶在内的几种抗生素的去除率高达90%[5]。鉴于MBR 和NF/RO 膜过滤的互补处理能力，这两种处理工艺的耦合有很大的空间来实现整体性能的提高。MBR/RO 对目标抗生素的总体去除率达到99%以上[6]。一些研究表明，膜的污染也会导致许多溶质的截留，主要是由于负表面电荷的增加导致离子物种的静电排斥增加，同时非离子溶质的吸附能力增加。

3 活性碳吸附法

活性炭吸附处理可用于去除水中的许多疏水性药物和一些带电药物[7]。吸附主要包括以下步骤：1）吸附剂周围静止液膜在吸附质运动中的溶质运移；2）液膜扩散吸附质沿液膜的运移；3）孔隙扩散吸附质通过多孔结构扩散到活性中心；4）吸附质与多孔结构之间的吸附相互作用。

活性炭吸附处理系统的去除效果取决于吸附剂的性质（如比表面积、孔隙率、表面极性和材料的物理形状）和化合物的特性（如形状、尺寸、电荷和疏水性）[8]。在活性炭吸附系统中，非特异性分散相互作用（如范德华力相互作用）是去除抗生素的主要机理。然而，离子抗生素与活性炭表面带电基团之间的静电相互作用可导致极性抗生素的去除。应注意的是，在废水中应用活性炭吸附工艺的情况下，废水基质中的天然溶解有机物竞争吸附位置，降低了抗生素和其他微污染物的活性炭容量。

4 高级氧化技术（AOPs）

AOPs 是废水处理的一种非常有效的方法。这些过程涉及到强氧化性的自由基（如·OH 等）。·OH 是强有力的氧化剂，对有机物进行氧化和矿化。一些研究报道了AOPs 对废水中抗生素的有效去除[9]。值得注意的是，大多数研究不包括关于在应用氧化过程中形成的副产物或与副产物的抗生素活性有关的信息。因此，应监测AOPs 过程，并应伴随生态毒理学调查来研究潜在毒性转化产物的形成[10]。氧化过程降解抗生素的有效性将在很大程度上取决于特定的水中共存物质。例如，自然溶解有机物的存在可导致氧化副产物的形成，其可能导致水质在其初始污染状态下恶化。类似地，硝酸盐、碳酸盐的存在会干扰目标抗生素的破坏，并最终降低所选AOP 的有效性[11]。目前，AOPs 的多元化得到了增强，因为它有着不同的生产羟基自由基的方法，有助于满足特殊的处理要求。最常用的高级氧化技术有臭氧氧化法、芬顿试剂氧化法、TiO2多相光催化、超声波降解法等。

5 结论与展望

传统的污水处理工艺一般难以彻底处理抗生素废水。与常规的活性污泥处理系统相比，MBR系统在去除某些抗生素方面更为有效，而缺点是处理成本相对较高。深度处理是传统生物工艺的下游，能显著提高废水中抗生素的去除率。尽管深度处理的资金和运营成本增加了，但如果不进行深度处理，就难以达到越来越严格的排放标准的要求。目前在环境或污水处理过程中形成的转化产物和氧化过程中物质的转换只有很少的信息是可用的。未来的研究应专注于潜在的在处理过程中形成药理活性或毒性更大的产品。此外，有必要对污水处理中人类代谢产物的发生、转化和清除进行研究。

从实用的角度来看，有必要研究过程整合，以最大限度地发挥去除抗生素和消毒的处理效果，包括那些可以使用可再生能源资源的过程。此外，在从废水中去除抗生素残留的工业规模应用框架内，环境和经济评估都是必要的。