摘要：抗生素废水成分复杂，色度较高，生物毒性较高，含有多种抑制物质，属于高浓度难降解有机废水。随着抗生素的广泛使用，污水中的抗生素残留问题日益严重，对生态环境和人类健康构成潜在威胁。在简述污水排放情况的基础上，概括了污水中抗生素后处理技术的研究进展，包括物理处理法、化学处理法和生物处理法等多种技术，详细阐述了各技术的原理、优缺点及应用现状，并对未来研究方向进行了展望，以期望为污水中抗生素的有效处理提供参考。

关键词：污水；抗生素；后处理技术；研究进展

1引言

近年来，随着经济的迅速发展，抗生素在医疗、畜牧养殖和农业等领域中大量使用，导致大量抗生素进入环境，尤其是污水系统。因为如今传统的制药污水处理工艺对抗生素的去除能力有限，且不同的污水处理工艺对抗生素的处理效果通常具有较大的差异。现阶段污水中的常规污染物已得到基本解决，但污水中抗生素极少能被生物体利用，对于抗生素的处理仍然是难题。因此，研究污水中抗生素的后处理技术具有重要的现实意义。

2污水中抗生素的来源及危害

2.1来源

（1）医疗领域

医院在治疗过程中使用大量抗生素，患者体内未完全代谢的抗生素会通过尿液和粪便排出体外进入医院污水系统。此外，医院的药品生产和使用过程中也可能产生含抗生素的废水。

（2）畜牧养殖行业

为了预防和治疗动物疾病，提高养殖效率，养殖者通常会在饲料中添加抗生素。动物摄入的抗生素只有一部分被吸收利用，大部分会通过粪便和尿液排出，这些排泄物进入环境后，最终可能流入污水管道。

（3）农业生产

在农业生产中，抗生素被用于防治农作物病虫害和促进植物生长。在此过程中，部分抗生素可能会残留于土壤中，随着雨水冲刷等作用进入地表径流和地下水中，进而进入污水系统。

2.2危害

2.2.1对生态环境的影响

（1）影响水生生物的生存和繁殖

污水中的抗生素会进入水体环境，对水生生物产生毒性作用。例如，一些抗生素会干扰水生生物的内分泌系统，影响其生殖能力；还有些抗生素会抑制水生生物的生长和发育，降低其免疫力，使它们更容易受到病原体的侵袭。

（2）破坏微生物生态平衡

抗生素在污水中的存在会改变微生物群落结构。一方面，抗生素会抑制或杀死一些对其敏感的微生物，使微生物多样性降低；另一方面，长期暴露于抗生素环境下，可能会促使一些微生物产生耐药性，这些耐药微生物可能会在生态系统中占据优势，影响生态系统的正常功能。

（3）污染土壤和地下水

污水排放到环境中后，其中的抗生素可能会渗入土壤对土壤微生物群落产生影响，进而影响土壤的肥力和生态功能。同时，抗生素还可能随着地下水的流动而扩散，污染地下水水源，对饮用水安全构成威胁。

2.2.2对人类健康的影响

（1）诱导细菌产生耐药性

人类长期接触污水中含有的低浓度抗生素会为细菌提供一种选择压力，促使细菌产生耐药性。这些耐药细菌一旦感染人类，会导致抗生素治疗效果下降，增加疾病治疗的难度和成本，甚至可能引发一些无法治愈的疾病。

（2）影响人体内分泌系统

一些抗生素具有内分泌干扰作用，它们可能会干扰人体内分泌激素的正常合成、分泌和调节过程，从而影响人体的生殖、发育、代谢等生理功能，对人体健康造成潜在危害。

（3）具有潜在的致癌、致畸和致突变作用

部分抗生素及其代谢产物在环境中可能会发生化学变化，形成具有致癌、致畸和致突变作用的物质。当这些物质通过食物链传递进入人体后，可能会增加人类患癌症、先天性畸形和基因突变相关疾病的风险。

3污水中抗生素后处理技术

水体中的抗生素不仅含量较高，而且成分较为复杂，降解难度较大。目前，针对水体中抗生素，常采用物理法、化学法、高级氧化法及生物法去除。

3.1物理处理法

3.1.1吸附法

（1）原理

吸附法是利用吸附剂与污水中抗生素分子之间的物理或化学吸附作用，将抗生素吸附在吸附剂表面，从而达到去除抗生素的目的。物理吸附主要是通过分子间的范德华力实现的，而化学吸附则涉及吸附剂与抗生素分子之间的化学键合。

（2）应用现状

活性炭是目前应用最广泛的吸附剂之一，它具有较大的比表面积、丰富的孔隙结构以及活性位点，对多种抗生素都有较好的吸附效果。此外，还有一些新型吸附剂，如纳米材料吸附剂、生物吸附剂等也在研究和应用中。例如，纳米二氧化钛吸附剂对某些抗生素具有较高的吸附选择性；生物吸附剂则利用微生物或其代谢产物的吸附作用来去除抗生素，具有环境友好的特点。

3.1.2膜分离法

（1）原理

膜分离法是利用膜的选择性透过性，将污水中的抗生素与其他物质分离。根据膜孔径的大小和分离原理的不同，膜分离法可分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等。微滤主要用于去除污水中的悬浮物和大分子物质；超滤可以去除大分子有机物和部分细菌、病毒等；纳滤能够截留分子量在 200 - 1000Da 之间的物质，对一些小分子抗生素有较好的去除效果；反渗透则可以去除几乎所有的溶质，包括抗生素在内。

（2）应用现状

在污水中抗生素处理方面，纳滤和反渗透膜应用较为广泛。一些污水处理厂采用纳滤膜对二级出水进行深度处理，以去除其中的抗生素和其他微量污染物。同时，为了提高膜的抗污染能力和使用寿命，研究人员也在不断开发新型的膜材料和膜组件，如复合膜、陶瓷膜等。

3.2化学处理法

3.2.1高级氧化法

（1）原理

高级氧化法是利用强氧化剂产生的具有高活性的自由基，如羟基自由基、硫酸根自由基等，将污水中的抗生素氧化分解为小分子物质，最终转化为二氧化碳、水和无机盐等物质。氧化过程可以在化学反应槽中进行，其中废水与氧化剂接触并反应，然后产生无害的物质、常见的高级氧化法包括臭氧、臭氧/过氧化氢、芬顿、金属氧化物催化臭氧化、半导体光催化和电化学法等。

（2）应用现状

臭氧氧化法在实际应用中较为常见，它可以直接将臭氧气体通入污水中，或者采用臭氧与其他物质联合使用的方式，如臭氧/紫外线、臭氧/过氧化氢等。芬顿氧化法则是利用硫酸亚铁和过氧化氢反应产生羟基自由基，该方法在处理高浓度抗生素废水方面具有一定的优势。光催化氧化法是利用光催化剂在光照条件下产生自由基，具有绿色环保的特点，但目前其反应效率还有待提高。

3.2.2化学沉淀法

（1）原理

化学沉淀法是通过向污水中加入化学试剂，使抗生素与试剂发生化学反应，生成难溶性的沉淀物质，然后通过沉淀、过滤等方法将沉淀物质从污水中去除。常见的化学沉淀法有石灰沉淀法、铁盐沉淀法等。

（2）应用现状

石灰沉淀法常用于处理一些含有酸性基团的抗生素废水，通过加入石灰调节污水的 pH 值，使抗生素形成沉淀。铁盐沉淀法如硫酸亚铁沉淀法在处理某些含氨基或羧基的抗生素废水方面也有应用。

3.3生物处理法

3.3.1好氧生物处理法

（1）原理

借助好氧微生物的代谢活动，在充足的氧气供应下，对废水中的有机质及抗生素进行分解转化，最终产物包括二氧化碳、水以及微生物的生物质等。借助生命活动过程中的代谢机能，好氧微生物能有效吸收污水处理中的各类养分，诸如抗生素等成分，进而于细胞层面完成氧化分解及代谢合成过程，致使这些物质转变为对环境无害的形态。

（2）应用现状

在众多好氧生物处理技术中，活性污泥法与生物膜法尤为常见。融合富含众多好氧微生物的活性泥浆与废水混合处理的过程被称为活性污泥法。在此过程中，废水被引入曝氧反应池，那里通过实施曝气操作，确保微生物与废水内的污染物充分接触并实现其分解作用。生物膜法，其原理为微生物在固态介质表面构筑生物膜层，当废水通过该生物膜层，污染物随即遭受微生物的降解处理。在废水处理设施里，此双策略被广泛地采纳并实施。

3.3.2厌氧生物处理法

（1）原理

采用缺氧微生物的代谢机制，在缺乏氧气的环境中，把废水里的有机成分及抗生素转化为甲烷、二氧化碳以及微生物体所组成的物质。在缺氧的条件下，某些微生物能够进行发酵作用以及甲烷发酵过程，它们将这些繁杂的有机成分及抗生素转化为较简单的小型分子结构。

（2））应用现状

两种广泛应用的厌氧生物处理技术分别是厌氧消化过程与上流式厌氧污泥床技术（UASB）。针对含有高浓度有机质及抗生素的废水，常规的处理手段之一便是采纳厌氧消化技术。此法涉及在特定的厌氧反应环境中，对废水执行持续的发酵过程，其目的在于实现有机成分与抗生素的彻底降解。UASB 法则是一种高效的厌氧生物处理方法，它具有较高的污泥浓度和处理效率，在处理有机废水方面也有一定的应用。

4各种处理技术的比较

4.1处理效果

（1）物理处理法

吸附法对低浓度抗生素有较好的去除效果，但对高浓度抗生素的去除能力有限。膜分离法能够高效地去除污水中的抗生素，尤其是纳滤和反渗透膜对小分子抗生素的去除效果显著。

（2）化学处理法

高级氧化法是一种强有力且有效的废水净化和病原体消除的水处理方法，在电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，产生具有强氧化能力的羟基自由基，降解微污染物和杀灭病原体，对多种抗生素都有很强的去除能力，尤其是对一些难降解的抗生素效果显著。化学沉淀法对一些高浓度抗生素废水有较好的处理效果，但对低浓度抗生素的处理效果相对较差。

（3）生物处理法

好氧生物处理法对低浓度抗生素有较好的处理效果，对高浓度抗生素的处理效果相对较差。厌氧生物处理法对高浓度抗生素有较好的处理效果，但处理速度相对较慢。生物强化技术可以显著提高抗生素的去除效率，尤其是对一些难降解的抗生素。

4.2成本和运行费用

（1）物理处理法

吸附法的吸附剂成本较高，需要定期更换或再生，运行费用相对较高。膜分离法的膜成本较高，而且容易受到污染和堵塞，需要定期清洗和维护，运行费用也较高。

（2）化学处理法

高级氧化法的氧化剂成本较高，需要消耗大量的能源，反应条件要求严格，且存在副产物，运行费用较高。化学沉淀法的沉淀剂成本较低，但沉淀过程中可能会产生大量的污泥，需要进一步处理，出水会携带较大的、脱落的生物膜片，运行费用相对较高。

（3）生物处理法

好氧生物处理法运行成本低，但处理过程中可能会产生大量的污泥，需要进行处理，总体运行费用相对较低。厌氧生物处理法运行成本低，能源消耗少，但处理过程中可能会产生一些有害气体，需要进行处理，总体运行费用相对较低。生物强化技术的成本和运行费用取决于所添加的微生物或酶的成本以及其在污水环境中的生存和活性维护成本。

4.3适用范围

（1）物理处理法

吸附法是利用多孔径固体吸附剂吸附水中的污染物，使污染物与水体分离的去除方法，适用于处理低浓度抗生素污水，尤其是对一些难降解的抗生素有较好的吸附效果。膜分离法是利用半透膜实现分子水平上不同粒径分子混合物选择性分离的技术，适用于处理各种浓度的抗生素污水，但对于高浓度抗生素污水，需要选择合适的膜类型，如纳滤或反渗透膜。

（2）化学处理法

高级氧化法适用于处理各种浓度的抗生素污水，尤其是对一些难降解的抗生素有较好的处理效果。化学沉淀法适用于处理高浓度抗生素污水，尤其是对一些含有酸性基团或氨基、羧基等官能团的抗生素有较好的处理效果。

（3）生物处理法

好氧生物处理法是利用好氧微生物在有氧条件下的生长代谢活动降解有机物，使污水无害化，达到排放标准，适用于处理低浓度抗生素污水，同时含有有机物的污水也可以一并处理。厌氧生物处理法适用于处理高浓度抗生素污水，尤其是对一些含有复杂有机物的抗生素污水有较好的处理效果。生物强化技术适用于处理各种浓度的抗生素污水，尤其是对一些难降解的抗生素有较好的处理效果。

5未来研究方向

近些年来，现有的污水处理工艺对抗生素的处理效果不佳，导致各国污水处理厂中均检测出抗生素残留，对环境的危害程度逐年增长。因而，研究对抗生素去除率高、无二次污染、节能低耗的新型处理方法是该领域亟待解决的问题。

（1）开发高效、低成本的处理技术

目前，污水中抗生素的处理技术虽然有多种，但都存在一定的局限性，如成本高、处理效果不稳定等。未来需要开发更加高效、低成本的处理技术，例如通过研发新型的吸附剂、膜材料和催化剂等，提高处理效率的同时降低成本。

（2）加强对复合污染的研究

污水中往往不仅含有抗生素，还可能含有其他污染物，如重金属、有机物等，形成复合污染。未来需要加强对复合污染的研究，了解不同污染物之间的相互作用和影响，开发针对复合污染的处理技术，以提高污水的整体处理效果。

（3）提高处理技术的稳定性和可靠性

一些现有的处理技术在实际应用中存在稳定性和可靠性不足的问题，如生物处理法对环境条件较为敏感，化学处理法可能会受到水质波动的影响等。未来需要通过改进技术工艺、优化反应条件等方式，提高处理技术的稳定性和可靠性，确保处理效果的一致性和长期性。

（4）推广生物强化技术和生态修复技术

生物强化技术和生态修复技术具有环境友好、成本低等优点，但目前在实际应用中还不够广泛。未来需要加大对这些技术的推广力度，提高其在污水中抗生素处理中的应用比例，同时进一步完善这些技术，提高其处理效果和稳定性。今后的研究应关注抗生素在环境中的迁 移转化规律以及控制此类物质进入环境的有效手段。这些工作将对控制抗生素进入环境、维护生态环境平衡起到十分重要的意义。

6结论

健康与自然遭受了来自污水中残留抗生素的巨大威胁，这种状况正对生态系统及人们的生存安全构成严峻挑战。众多针对污水中抗生素的后续处理技术已被研发出来，涵盖了物理、化学以及生物方法三大类。各项技术均具备其独特的长处与短板，它们在成效、费用及适用性等多个维度上展现出不同的特点。在未来的发展中，必须深化探索和研究高效能、低成本、稳固可信的处理方法，强化对多种污染物共存的复合污染机理的认识，同时增强对处理工序中衍生副产物的分析。此外，积极推广运用生物强化及生态恢复技术，旨在确保污水处理过程中抗生素的彻底去除，进而维护生态环境的平衡与人类的健康安全。

参考文献

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基金项目：临沂大学大学生创新创业训练计划项目（X202410452584）

第一作者：张美艺（2004.09-）女，汉，山东省武城县，临沂大学，本科学位，污水处理剂的制备与应用研究。