含抗生素废水的微藻处理技术及其进展_钟雪晴.pdf

化工进展CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2021 年第 40 卷第 4 期含抗生素废水的微藻处理技术及其进展钟雪晴1，朱雅莉1，王玉娇2，赵权宇2（1南京工业大学生物与制药工程学院，江苏 南京 211816；2南京工业大学药学院，江苏 南京 211816）摘要：抗生素在环境水体的累积是威胁人类健康及生态安全的全球性问题，去除环境中残留抗生素迫在眉睫。本文首先综述了环境中抗生素残留的主要来源及危害。随后，针对微藻处理含抗生素废水的特点，阐述微藻去除抗生素的生物降解、生物累积、生物表面吸附、光合降解和挥发及水解等这5种可能去除机制，比较了这些机制在不同微藻去除抗生素实验研究中的贡献。阐明为提高微藻法去除抗生素的效率，尚需优化藻种的选择和培养条件。最后，讨论了微藻法去除抗生素目前存在的去除不完全、降解产物不明了及缺乏规模化应用等问题，提出可以结合化学、物理和生物方法达到去除要求；通过组学数据等综合分析抗生素降解产物；积累中试数据，为进一步的规模化应用打下基础。关键词：生物技术；生物过程；废物处理；微藻；抗生素中图分类号：X701文献标志码：A文章编号：1000-6613（2021）04-2308-10Progress on antibiotic wastewater treatment by microalgaeZHONG Xueqing1，ZHU Yali1，WANG Yujiao2，ZHAO Quanyu2(1College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering,Nanjing Tech University,Nanjing 211816,Jiangsu,China;2School of Pharmaceutical Science,Nanjing Tech University,Nanjing 211816,Jiangsu,China)Abstract:The accumulation of antibiotics in environmental water is a global problem threatening humanhealth and ecological security.It is urgent to remove the residual antibiotics in the environment.In thispaper,the main sources and hazards of antibiotic residues in the environment were firstly reviewed bysummarizing the relevant literature on the treatment of antibiotic wastewater by microalgae in recentyears.Then,according to the characteristics of microalgae in the treatment of antibiotic wastewater,fivepossibleremovalmechanismsofmicroalgaeforantibioticremovalweredescribed,includingbiodegradation,bioaccumulation,bio-surface adsorption,photosynthetic degradation,volatilization andhydrolysis.The contributions of these mechanisms in the related experimental studies were compared.Besides,this article clarified the necessity to optimize the selection of algae species and cultureconditions in order to improve the removal efficiency of antibiotics by microalgae.Finally,the problems ofincomplete removal,unclear degradation products and lack of large-scale application in the removal ofantibiotics by microalgae were discussed.It was pointed out that the full removal of antibiotics could beachieved by combining chemical,physical and biological methods;the degradation products of antibiotics综述与专论DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2020-0978收稿日期：2020-06-02；修改稿日期：2020-08-31。基金项目：国家自然科学基金（21576278）。第一作者：钟雪晴（1995），硕士研究生，研究方向为微藻生物技术。E-mail：。通信作者：赵权宇，教授，博士生导师，研究方向为环境生物技术。E-mail：。引用本文：钟雪晴,朱雅莉,王玉娇,等.含抗生素废水的微藻处理技术及其进展J.化工进展,2021,40(4):2308-2317.Citation：ZHONG Xueqing,ZHU Yali,WANG Yujiao,et al.Progress on antibiotic wastewater treatment by microalgaeJ.Chemical Industry and EngineeringProgress,2021,40(4):2308-2317.2308第 4 期钟雪晴等：含抗生素废水的微藻处理技术及其进展could be comprehensively analyzed through omics data;the pilot test data were accumulated to lay thefoundation for further large-scale application.Keywords:biotechnology;bioprocess;waste treatment;microalgae;antibiotics抗生素在人类疾病治疗和水产养殖等行业发挥着重要作用，但是抗生素过量使用也造成其在环境中累积，部分水体和土壤中均已检测出微量的抗生素。抗生素根据结构和官能团等可以分为-内酰胺类、磺胺类、喹诺酮类、四环素类、大环内酯类以及林可酰胺类等。一般使用半数效应浓度（EC50）判断抗生素的环境毒理影响。EC50值越小，代表毒性越大。环境中残留的抗生素会影响微生物群落构成、降低土壤酶活性、影响微生物生长等1。抗生素通过水体和土壤进入食物链，最终被人类摄取，产生耐药性。广泛耐药性的产生将降低人类疾病的治疗效率，提高治疗成本，甚至对特殊病原菌失去有效治疗手段，已经成为全球威胁。亟需严格控制含抗生素废水排放，切断抗生素进入环境的途径，保障人类健康。目前，物理、化学和生物手段均是处理含抗生素废水的可能途径。一般来说，含抗生素废水成分复杂，竞争性物质的存在降低了吸附剂对抗生素的吸附选择性，去除效率受到严重影响。物理法中膜处理法由于膜污染使得通量下降，降低了处理效率2-3。化学法中光催化或臭氧氧化处理可能会产生其他有害中间产物，存在二次污染的风险4。物理法和化学法需要消耗能量将抗生素分离或降解，但是不产生附加值。生物法去除抗生素如传统活性污泥法，其初衷是为了满足水质排放的要求，处理后废弃污泥的处理成本占总成本的50%60%5，其他去除方法如人工湿地技术，目前还存在设计规范欠缺、湿地堵塞等问题6-7，所以需要探索高效、节能的方法去除抗生素。微藻能利用光能和CO2进行高效的光合作用，具有降解有机污染物、去除重金属离子以及改良盐碱地等潜力8-9。同时，微藻生物炼制可以产生有价值的副产物，如色素、脂类或生物燃料等10。根据国外最近的研究，微藻处理医疗废水后干细胞质量浓度可达0.52g/L，脂含量占28%11。所以，基于生物炼制概念用微藻处理含抗生素废水后，还可以获得高附加值产品，是具有潜力的含抗生素废水处理技术，并对实现资源循环利用具有重要意义。本文结合近年来微藻处理含抗生素废水的部分探索性工作，重点综述了微藻去除抗生素的机制和工艺条件。1含抗生素废水的产生及其危害抗生素在医学、畜牧养殖业以及水产养殖业发挥着重要作用，广泛用于预防或治疗微生物感染问题12-13。根据全球抗生素消耗量调查结果显示，在20002010 年 期 间 抗 生 素 药 物 的 消 耗 量 从54083964813个标准单位增加到73620748816个标准单位，增加了36%14。此外，每年全球药品和个人护理用品（PPCPs）的消耗量达到10000t。人体不能完全利用的抗生素随生活污水进入废水处理厂，而多数废水处理厂不能高效处理含抗生素废水，迄今已在国内外的地表水15、废水处理厂16、海水17、地下水18以及饮用水16中检测到微量的抗生素。部分国内外环境水体样本中典型抗生素浓度见表1。含抗生素废水主要来自以下几个方面：制药废水，制药企业在药物合成中产生的抗生素流入环境中31；用药后产生的废水，医疗单位及养殖业抗生素的过量消耗，有一部分抗生素不能代谢，流入到城市废水系统或河流；废水处理厂（WWTP）排放废水，目前废水处理标准没有抗生素指标。含抗生素废水不能通过传统方法有效去除，而后流入到环境中32。Rizzo等33认为WWTP是环境中抗生素的重要来源。抗生素生产废水成分复杂，处理难度大。利用微藻去除抗生素的研究多数还停留在实验室阶段，使用BG11等常见培养基或废水出水培养微藻，针对的也主要是面源污染问题1。环境中抗生素的残留有多方面的危害。2015年9月，我国农业部发布的2292号公告，宣布停止使用洛美沙星（LOM）、培氟沙星（PEF）、氧氟沙星（OFL）及诺氟沙星（NOR）4种兽药；然而，在我国部分湖泊中曾经检测出部分抗生素，如辽河中诺氟沙星的含量高达256.03ng/L，巢湖中洛美沙星的含量达5.5ng/L，太湖中OFL的含量达82.8ng/L（见表1）。环境中存在一些固氮微生物，在增加土壤肥力方面发挥作用。而环境中残留抗生素可能影响固氮微生物生长或者降低其在土壤的活性，这样就需要增加化肥的使用量，造成土壤板结等问题。耐药性基因（ARG）和耐药菌株（ARB）的传播，二者与难以治疗的感染/疾病相联系，造成延长住 2309化工进展2021 年第 40 卷院时间和增加住院费用1，甚至公共健康事件。最后，人类是食物链的顶端，环境中的抗生素会通过营养级富集作用而使其浓度不断升高、食物链的逐级传递而危害人体健康。如残留在环境中抗生素可能诱发突变，对人体有潜在的毒性，严重可能造成致畸34。处理含抗生素废水是全世界均需重视的环境问题。2015年5月，世界卫生大会也提出行动计划要解决耐药性问题35。需要通过合理使用抗生素、规范收集养殖污染物及优化废水处理方法以高效去除废水中抗生素。在多种环境样本中均检测到一些常见抗生素，虽然这些抗生素的检测最大浓度在ng/L水平，但是不能忽视其在环境中累积后的影响。表1所示环境样本采集自各大洲，说明水体中抗生素的潜在威胁是全球性的问题。2微藻处理含抗生素废水的特点自青霉素大规模生产应用后，有效处理含抗生素废水一直广受关注36。微藻生物技术是处理含抗生素废水的潜在方法。微藻能进行光合自养、异养表1环境样本中典型抗生素浓度抗生素大类-内酰胺类磺胺类喹诺酮类四环素类大环内酯类林可酰胺类甲氧苄氨嘧啶名称阿莫西林氨苄青霉素磺胺噻唑磺胺嘧啶磺胺二甲嘧啶磺胺吡啶磺胺甲基嘧啶磺胺甲唑恩诺沙星诺氟沙星洛美沙星氧氟沙星氧四环素四环素氯四环素克拉霉素泰乐菌素螺旋霉素红霉素林可霉素克林霉素甲氧苄氨嘧啶缩写AMXAMPSTZSDZSMTSPDSMRSMXENRNORLOMOFLOTCTCCTCCLATYLSPIERMLINCLDTMP检测最大浓度/ngL112860120290790121505108565410316.4113.76594054.041140256.035.582.848.787.9142.51.51054431.882.9217.6664.546.740.8265检测水种类海水河水废水河水废水地表水（黄浦江）地表水（白洋淀湖）江河水海水地表水（太湖）地表水（黄浦江）地表水江河水地表水（白洋淀湖）地下水沉积物（白洋淀湖）地表水（辽河）地表水（巢湖）地表水（太湖）地表水（鄱阳湖）地表水（太湖）地表水（太湖）海水地表水（扬子江）地表水地表水（白洋淀湖）地表水（白洋淀湖）地下水地表水（巢湖）地表水（巢湖）地表水（太湖）江河水检测的国家希腊肯尼亚肯尼亚中国中国越南希腊中国中国美国肯尼亚中国美国中国中国中国中国中国中国中国希腊中国韩国中国中国美国中国中国中国肯尼亚参考文献171919202122172320242521242126272328232317293021212429292325 2310第 4 期钟雪晴等：含抗生素废水的微藻处理技术及其进展和兼养，可以充分利用废水中的氮、磷和有机小颗粒等。该技术处理废水能减少营养物供给，处理后的藻类生物质再经提取得到有价值的副产物，形成了良性循环而吸引了研究者的目光（见图1）。已有大量研究表明微藻能有效去除市政废水、工业废水、地表水、生活废水、养殖废水以及医疗废水等废水中的污染物11,37-39。微藻处理含抗生素废水有以下几个优势：微藻是可利用光能生长的自养型生物；同菌相比，微藻能耐受更高浓度的抗生素40；微藻不是抗生素的靶标生物，一定浓度的抗生素对微藻的生长繁殖影响较低41-42。抗生素在低浓度存在时能促进微藻的生长，高浓度抗生素也可能严重抑制微藻生长8，所以微藻处理含抗生素废水也受到一定的制约。近年来有报道，将微藻法和其他技术相结合以增强抗生素的去除效率。如利用微藻和菌结合，系统中同时存在自养和异养代谢方式，去除有机物、重金属及病原体的效率更高43。Shi等40用海水小球藻处理含150mg/L 阿莫西林废水，去除效率达85.6%3.8%，如果微藻处理后含阿莫西林废水继续用潮间湿地沉积物或活性污泥处理，去除效率 99%。在紫外光（UV）的照射下，抗生素会吸收光子进而破坏抗生素的化学键。Liu等44用微藻和不同波长的UV结合去除头孢他啶，结果表明短波长UV对抗生素的去除效率更高。Li等45用微藻和Fenton反应结合去除高浓度阿莫西林和头孢拉定，结果显示微藻法结合Fenton反应去除效率优于单用微藻法。活性污泥法处理头孢拉定，去除率在22.1%46.3%之间，单独使用小球藻去除率可达 81.4%，混合使用活性污泥及小球藻，去 除 效 率 增 加 到 97.9%，其 中 活 性 污 泥 贡 献15.9%，藻类贡献82.0%46。与这些技术的集成有利于提高发挥微藻生物技术的优势以及处理含抗生素废水的可行性。3微藻去除抗生素的几种机制3.1生物表面吸附抗生素在微藻表面的生物吸附即抗生素被吸附到微藻的细胞壁或者微藻分泌的胞外聚合物（EPS）上47-48。用灭活（热处理过或冷冻干燥）过的微藻处理含抗生素废水来评估微藻对抗生素的表面吸附能力4,49。Kiki等50考察了栅藻、月牙藻和小球藻处理不同抗生素时生物表面吸附的贡献。对磺胺类抗生素生物表面吸附的贡献仅占1%4%，而喹诺酮类抗生素-洛美沙星（LOM）则不存在生物表面吸附，大环内酯类抗生素-罗红霉素（ROX）、克拉霉素（CLA）及阿奇霉素（AZI）有较高的生物表面吸附。不同微藻去除抗生素时生物表面吸附的贡献也存在藻种间差异。小球藻去除CLA、AZI及ROX时的生物表面吸附占2%4%，栅藻和月牙藻的生物表面吸附占6%7%50。如果加入提取油脂后四尾栅藻的生物量大于2g/L，对10mg/L四环素，3h内可以去除50%以上51，这主要是通过生物表面吸附去除的。微藻生物表面吸附与抗生素的亲/疏水性和电荷有关，一般来说疏水性高的抗生素更容易吸附50。3.2生物降解生物降解是微藻去除抗生素的主要途径之一，包括胞内降解和胞外降解。3.2.1胞内降解微藻胞内降解主要是通过酶催化完成的。微藻细胞内有复杂的酶系统，包括阶段酶和阶段酶家族1。首先去除以阶段酶（细胞色素450）为开端，通过氧化、还原或水解作用脱去羟基使抗生素更具有亲水性；阶段酶如谷胱甘肽S转移酶能催化亲电子化合物和谷胱甘肽发生结合反应，这样由于酶的结合使得一些环氧化合物的环断裂而保护藻细胞免受氧化1。当然，在藻细胞内降解抗生素是一个复杂的过程，利用组学手段了解每一种酶在胞内生物降解过程中发挥的作用，这对藻种选择具 有 重 要 的 指 导 意 义。磺 胺 甲唑 在Chlamydomonas sp.Tai-03中的降解存在3条途径：与苯环相连的氨基氧化；与苯环相连的氨基氧化以及SN键断裂；五元环被甲基替换，之后苯环加氢以及氨基氧化52，去除以前两条途径为图1微藻处理抗生素的流程 2311化工进展2021 年第 40 卷主。甲氧苄啶在小球藻和雨生红球藻等微藻内的降解途径先后经历羟基化、去甲基和氧化、羟基化、环的断开以及去甲基和氧化，再经过键的断开和羟基化形成降解产物50。3.2.2胞外降解微藻会分泌成分复杂的EPS到外部环境，EPS的主要成分包括多糖、蛋白质和脂类等53，而且EPS成分复杂，随着藻种和培养条件的不同而变化。一方面，EPS可作为水化膜使胞外酶更靠近藻细胞，进而对抗生素进行代谢1；另一方面，EPS可作为表面活性剂或乳化剂增强抗生素的生物利用率1,54，以供后续微藻将胞外的抗生素通过细胞壁运输到微藻细胞内，在胞内对抗生素进行分解。目前，胞外降解的研究较少。3.3生物累积生物累积是微藻将抗生素储存在体内，但是并未降解。一种是微藻缺乏足够降解该抗生素的酶，一种是酶对该抗生素的降解能力有限，导致抗生素在微藻胞内累积。生物累积在抗生素去除中的贡献一般较小，比如磺胺美拉嗪、磺胺甲唑及磺胺单甲氧嘧啶在雨生红球藻、羊角月牙藻和四尾栅藻中生物累积的贡献只占2%3%，而在小球藻中也只有4%5%50。抗生素在微藻内的生物累积也与其疏水性有关，如果疏水性用n-正庚醇-水分配系数（lg Kow）表示，抗生素的lg Kow越高，生物表面吸附和生物累积的趋势越大50,55。生物累积和生物表面吸附也可以用不同方法定量分析。生物累积和生物吸附主要有以下区别：生物累积发生在微藻细胞内，而生物表面吸附发生在胞外55；活细胞才能进行生物累积48。生物累积是微藻去除亲脂性药物的一个重要的机制，但是不同的藻种间存在差异。某些抗生素在细胞内的积聚可能引起活性氧（ROS）的产生，ROS对微藻细胞有双重影响，当ROS在常规水平的情况下，能作为信号分子控制代谢，若 ROS 过量，则会对微藻合成的色素、蛋白质、脂类或DNA造成损害最终导致微藻死亡1，所以，微藻只能处理一定浓度的抗生素。3.4光合降解光合降解包括直接光合降解和间接光合降解。直接光合降解是某些抗生素由于暴露在光下而发生的直接分解，而间接光合降解是由于光存在而使微藻产生一些活性物质，进而对抗生素进行降解55。Norvill等56用微藻去除废水中四环素，监测四环素在1天（光暗周期）中浓度变化，发现间接光合降解占优势地位。Bai 等57处理含二氯苯氧氯酚（TCS）废水，发现在不加藻的情况下，7天内直接光合降解占比达到了63%100%。一般来说，光在生物反应器中存在较强的光衰减。因此，光合降解在空间上随着光衰减逐步降低。光合降解与抗生素种类、光生物反应器的结构和光照时间等密切相关。环丙沙星存在光合降解，白天以光合降解为主，夜晚以生物表面吸附为主58。对环丙沙星来说，微藻快速生长获得足够的生物量，通过生物表面吸附去除环丙沙星。3.5水解和挥发部分抗生素在水中不稳定，会产生水解。考察其水解效果可以更准确地评价微藻在抗生素去除中的作用。无论是水解还是挥发，都和抗生素本身的物化性质和操作条件（如温度、搅拌、pH 等）有关48,55。微藻去除抗生素是一个复杂的过程，经常是多种机制都在发挥作用（见图2）。不同的藻种去除特定抗生素的机制也存在差异。小球藻去除7-氨基头孢烷酸（7-ACA）的能力优于衣藻和麦可属藻59。其中，小球藻表面吸附量最大可达4.74mg/g，光解和水解在抗生素的去除中发挥了重要作用，无光、无CO2的条件下7-ACA的去除率在75%。磺胺甲唑几乎没有水解和光解，主要靠衣藻的降解，水解、光解和生物降解在去除四环素中约各占50%、20%和30%52。微藻去除抗生素的机制研究需要从分子和生化等层面综合分析，已经初步探索了甲氧苄啶和磺胺甲唑等抗生素的部分降解途径，但是对抗生素在微藻体内的完整降解途径还所知甚少50,60。生物表面吸附是较为快速的过程（小于1h），而生物累积和降解消耗时间较长50,61。这就需要考察微藻去除抗生素的动力学过程中各种机制的贡献。图2阿莫西林降解机制 2312第 4 期钟雪晴等：含抗生素废水的微藻处理技术及其进展4微藻处理的工艺条件利用微藻去除抗生素，需要根据抗生素的种类及浓度选择适合的藻种，并优化培养条件。4.1藻种的选择总体来说，选择的藻种要能耐受含抗生素废水的环境胁迫，并快速生长。微藻的快速生长将获得足够的生物量进行抗生素的吸附、降解和累积。抗生素的去除有高度的藻种特异性。Liu等62认为磺胺类、大环内酯类抗生素比四环素类及喹诺酮类抗生素更难去除；陈辉等63认为大环内脂类抗生素作为蛋白质抑制剂对真核微藻有更强的毒性作用；Song等64用小球藻去除氯霉素衍生物甲砜霉素，低浓度（46mg/L）去除效果最佳，去除效率为95%，并且主要是生物降解的贡献；高浓度（159mg/L）去除效率仅为75%，其中生物表面吸附和生物累积的贡献小于3%。Xie等52发现衣藻可以完全去除四环素，但是对低浓度磺胺甲唑（1mg/L）的去除率也仅有20%（见表2）。绿藻和蓝藻在水生态食物链中是重要的一部分。已经报道的可以去除抗生素的藻种包括小球藻（Chlorella sp.）、栅藻（Scenedesmus sp.）、微拟球藻（Nannochloris sp.）、衣藻（Chlamydomonas sp.）、聚球藻（Synechococcussp.）等（见表2）。相对绿藻来说，多数蓝藻不能耐受高浓度抗生素69，所以蓝藻去除抗生素的研究较少。4.2培养条件的影响抗生素去除与微藻生长密切相关。微藻的生长会受到光暗循环、pH、光强、CO2浓度、盐度、搅拌速率、营养物添加以及水力停留时间等条件的影响。因此，这些因素也影响了微藻去除抗生素的效率。实验室内优化的培养条件，在室外大规模培养及含抗生素废水处理中未必适合。因为包括温度、光强等这些关键培养条件在一天中也会产生较大的变化。需要在中试中调整相关参数，为大规模反应器参考。在室外培养过程中，水力停留时间是关键的参数之一43。对100g/L四环素，水力停留时间4天去除效率超过93%，如果水力停留时间增加到7天，去除效率可以超过99%56。即使水力停留时间分别为1天或2天，小球藻在生物膜-膜光生物反应器中去除磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶以及磺胺甲唑的效率在50%82.1%70。四环素等在有光和无光条件的去除机制是不同的54，光暗循环也是影响微藻生长的重要培养条件之一，需要对光暗循环进行优化。光生物反应器结构决定了微藻规模化培养及抗生素去除的效率。综合考虑废水在实际应用情况中的问题，如总体成本、废水量及建造问题等，开放表2微藻处理抗生素的参数及去除效果抗生素种类喹诺酮类大环内酯类磺胺类-酰胺类四环素甲氧氨苄嘧啶名称恩诺沙星恩诺沙星环丙沙星替米考星磺胺甲嘧啶磺胺甲唑磺胺甲唑磺胺甲唑阿莫西林阿莫西林头孢拉定四环素四环素土霉素甲氧氨苄嘧啶藻种单藻Scenedesmus obliquus，ChlamydomonasMexicana，Chlorella vulgaris，OurococcusMultisporus，Micractinium resseri及混藻胶网藻（Dictyosphaerium sp.）Chlamydomonas mexicanaChlorella PY-ZU1Scenedesmus obliquusScenedesmus obliquusChlamydomonas sp.Tai-03Nannochloris sp.Chlorella sp.铜绿微囊藻铜绿微囊藻高速藻类塘Chlamydomonas sp.Tai-03Phaeodactylum tricornutumNannochloris sp.抗生素浓度/mgL11510020.01500.0250.250.0250.251100.011015050500.11102.510去除效率/%（时间）1826（11d）14.223.3（12d）13（11d）90.299.8（9d）31.462.3（12d）27.746.8（12d）20（9d）32（14d）99（12h）60（24h）82.31（6h）99（HRT 6d）100（9d）97（11h）0（14d）去除机理高浓度更容易降解高浓度更容易降解生物降解光解与水解微藻的黑暗预处理有利于去除微藻的黑暗预处理有利于去除生物表面吸附降解光解活藻最大吸附能力29.18mg/g参考文献65666086767526840363656524968注：为无可用数据。2313化工进展2021 年第 40 卷式培养系统仍是微藻培养和废水处理的主流选择71-72。目前也有一些室外光生物反应器去除废水中抗生素的报道。Norvil等56用180L室外高效藻类塘（HRAP）处理含四环素的生活废水，虽然环境最高温度在25.932.4之间变化，采取水力停留时间7天或4天，分4个阶段从5月稳定运行到9月，可将废水中 100g/L 四环素降低到 10g/L 以下。Lpez-Serna等43用两个3L开放式光合反应器处理兽用抗生素，对强力霉素和土霉素可以达到93%95%的去除率，但是无法去除达诺沙星、磺胺二甲嘧啶和马博沙星。Hom-Diaz 等58用 1L 的HRAP处理在生活废水中添加的环丙沙星，当环丙沙星浓度达到2mg/L时，也可以部分去除。如果用1200L多管式反应器处理卫生间废水，在912月间采用8天或12天的水力停留时间，分两个阶段运行，抗生素的去除效果见表3。还需要更多的室外中试数据，考察微藻去除含抗生素废水的技术可行性和长期操作的稳定性，并进行经济分析。微藻生长需要氮磷等营养物质，除了在BG11等培养基中的探索性实验，也有部分用含抗生素废水或用废水出水+抗生素的研究（见表3）。微藻处理含抗生素废水的研究还需要和其他过程集成，将废水中的主要指标降低到可以被微藻利用的水平，使微藻既去除氮、磷等污染物，也去除抗生素。5结语微藻生物技术是处理含抗生素废水的可能途径之一。光合自养型的微藻能利用废水中的污染物，能量来源于太阳光；同时，微藻在降解抗生素等污染物的同时还能产生生物燃料等高附加值产品。然而，用微藻去除抗生素的研究还处于初期阶段，存在如下问题：微藻对实际废水中的抗生素还无法做到完全去除；对抗生素降解过程中的中间产物尚不明了；缺乏规模化应用及经济性分析。原因在于实际含抗生素废水成分复杂与水质波动。我国幅员辽阔，气候和水资源差异显著。温度和水资源等条件制约着微藻培养和含抗生素废水处理的技术经济性。针对微藻处理含抗生素废水的上述问题，还需要开展以下工作。（1）可以筛选对目标抗生素去除能力强的微藻，结合化学、物理和生物方法，发挥各自优势，达到去除要求。生物法中可以通过菌藻协同作用提高抗生素降解效率。需要根据抗生素降解需要，选择合适的藻种和菌种，优化降解条件，明确菌藻之间的相互作用关系。（2）通过组学数据等探索抗生素降解机制，综合分析包括水解和光合降解在内的抗生素降解产物。相对大肠杆菌和酿酒酵母等工业微生物，微藻的基因组信息还不多。需要结合基因组、转录组、蛋白质及代谢组等组学数据精准分析微藻中的抗生素降解途径，确认关键降解酶的作用及其分子机制，对有潜在危害的化合物进行监控和去除。（3）针对实际废水，选择工艺并优化条件。目前的研究多数是在实验室内进行，以去除单一抗生素为主。环境水体中抗生素的种类多，复合抗生素对藻的抑制作用可能更加明显。需要合理选择操作模式、反应器形式和培养条件。一般来说，面源污染中抗生素浓度低，但是微藻培养时间长，需要解决其水力停留时间问题。点源污染中抗生素浓度较高。先从较好处理的含抗生素农业废水等做起，积累中试数据，为进一步的规模化应用打下基础。参考文献1 XIONG J Q,KURADE M B,JEON B H.Can microalgae removepharmaceutical contaminants from water?J.Trends Biotechnology,2018,1:30-44.2 ZHANG X,GUO W,HUU H N,et al.Performance evaluation ofpowdered activated carbon for removing 28 types of antibiotics from表3微藻处理抗生素的参数及去除效果废水来源生活污水+抗生素（西班牙）卫生间污水（西班牙）藻种HRAP未鉴定抗生素四环素酪洛芬萘普生布洛芬对乙酰氨基酚抗生素浓度/mgL10.16.7310325.0410341.4510354.44103抗生素去除效率/%9384.669.200废水其他指标/mgL1COD 669TOC 147TN 70TP 10COD 398N-NH4+44TP 7废水其他指标去除率/%787539594585852007090参考文献5673注：COD化学需氧量；TOC总有机碳；TN总氮；TP总磷；NNH+4（氨氮）。2314第 4 期钟雪晴等：含抗生素废水的微藻处理技术及其进展waterJ.Journal of Environmental Management,2016,172:193-200.3 FUOCO I,FIGOLI A,CRISCUOLI A,et al.Geochemical modeling ofchromiumreleaseinnaturalwatersandtreatmentbyRO/NFmembrane processes J.Chemosphere,2020,254:126696.4 CHENG J,YE Q,LI K,et al.Removing ethinylestradiol fromwastewater by microalgae mutant Chlorella PY-ZU1 with CO2fixationJ.Bioresource Technology,2018,249:284-289.5 潘禹,王华生,刘祖文,等.微藻废水生物处理技术研究进展J.应用生态学报,2019,30(7):2490-2500.PAN Yu,WANG Huasheng,LIU Zuwen,et al.Advances in biologicalwastewater treatment technology of microalgaeJ.Chinese Journal ofApplied Ecology,2019,30(7):2490-2500.6 张风芝,李红卫,董深.废水中抗生素去除方法的研究进展J.中国环境管理干部学院学报,2018,28(6):88-90.ZHANG Fengzhi,LI Hongwei,DONG Shen.Research progress onantibiotic removal methods in wastewaterJ.Journal of EMCC,2018,28(6):88-90.7 程宪伟,梁银秀,祝惠,等.人工湿地处理水体中抗生素的研究进展J.湿地科学,2017,15(1):125-131.CHENG Xianwei,LIANG Yinxiu,ZHU Hui,et al.Advances intreating antibiotics in water by constructed wetlandJ.WetlandScience,2017,15(1):125-131.8 CHENG J,YE Q,YANG Z,et al.Microstructure and antioxidativecapacity of the microalgae mutant Chlorella PY-ZU1 during tilmicosinremoval from wastewater under 15%CO2J.Journal of HazardousMaterials,2017,324:414-419.9 LI H,ZHAO Q Y,HUANG H.Current states and challenges of salt-affected soil remediation by cyanobacteriaJ.Science of the TotalEnvironment,2019,669:258-272.10 QUIJANO G,ARCILA J S,BUITRON G.Microalgal-bacterialaggregates:applications and perspectives for wastewater treatmentJ.Biotechnology Advances,2017,6:772-781.11 SINGH A,UMMALYMA S B.Bioremediation and biomass productionofmicroalgaecultivationinriverwatercontaminatedwithpharmaceuticaleffluentJ.BioresourceTechnology,2020,307:123233.12 CHEN H,JING L,TENG Y,et al.Characterization of antibiotics in alarge-scale river system of China:occurrence pattern,spatiotemporaldistributionandenvironmentalrisksJ.ScienceoftheTotalEnvironment,2018,618:409-418.13 KMMERER K.Antibiotics in the aquatic environment-A review:Part J.Chemosphere,2009,75:417-434.14 VAN BOECKEL T P,GANDRA S,ASHOK A,et al.Global antibioticconsumption 2000 to 2010:an analysis of national pharmaceuticalsales dataJ.Lancet Infectious Diseases,2014,8:742-750.15 LIU X,LU S,GUO W,et al.Antibiotics in the aquatic environments:areview of lakes,ChinaJ.Science of the Total Environment,2018,627:1195-1208.16 HUERTA-FONTELAM,GALCERANMT,VENTURAF.Occurrence and removal of pharmaceu