综述：医院废水处理中的厌氧反应器：抗生素生物降解中的微生物群落及生态毒理学影响的关键综述

《Biodegradation》：Anaerobic reactors for hospital wastewater treatment: a critical review of microbial communities in the antibiotic biodegradation and ecotoxicological impacts

本综述系统评述了利用厌氧反应器（Anaerobic Reactors）处理医院废水（Hospital Wastewater）的技术，聚焦于氟喹诺酮类（Fluoroquinolones）、磺胺类（Sulfonamides）和二氨基嘧啶类（Diaminopyrimidines）抗生素的环境归趋。文章强调了厌氧生物降解（Anaerobic Biodegradation）作为一种有效去除抗生素的技术，其核心在于功能微生物群落（Microbial Community）的作用，并探讨了抗生素残留对水生脊椎和无脊椎动物的亚致死生态毒理（Ecotoxicological）影响，为未来研究指明了方向。

　　

医院废水因其含有高浓度的抗生素及其代谢产物、抗生素耐药细菌（Antibiotic-Resistant Bacteria, ARB）而成为重要的环境污染源，对水生生态系统构成严重威胁。全球科学文献已广泛记录了抗生素的过度使用及其对水生动物产生的毒性效应，这凸显了开发有效抗生素处理方法的迫切需求。厌氧生物降解技术作为一种有前景的解决方案，在去除医院废水中的抗生素和其他药物方面展现出巨大潜力。

Abstract

全球科学文献已广泛记录了抗生素的过度使用、抗生素耐药细菌的增殖以及医院废水暴露对水生动物造成的毒性效应，这凸显了对有效抗生素处理方法的需求。厌氧生物降解已被认为是去除医院废水中抗生素和其他药物的有效方法，并显示出降解多种抗生素类别的能力。本综述批判性地探讨了氟喹诺酮类、磺胺类和二氨基嘧啶类抗生素在医院废水中的环境归趋，强调了厌氧生物降解作为一种有效技术以及微生物群落在此过程中的重要性。此外，还考察了其对不同物种的生态毒理学影响。未经充分处理的医院污水不当排放到环境中，会导致抗生素扩散到淡水体，对水生动物产生亚致死效应。当前的研究空白凸显了厌氧技术的潜力，结合对含抗生素混合物的处理后出水进行毒性评估，将有助于提高对这些抗生素类别对水生脊椎动物和无脊椎物种的环境归趋和影响的理解。

厌氧生物降解：核心技术机制

厌氧生物降解的核心在于厌氧反应器内复杂的微生物群落。这些微生物通过一系列协同代谢途径，能够有效地降解顽固性有机污染物，包括多种抗生素。该过程主要依赖于水解、酸化和产甲烷等阶段，其中特定的功能微生物，如产甲烷古菌（Methanogenic Archaea）和各类厌氧细菌，扮演着关键角色。对于目标抗生素类别，如氟喹诺酮类（FQs）、磺胺类（SAs）和二氨基嘧啶类，微生物群落通过开环、脱烷基、羟基化等反应使其结构发生改变，最终达到降解或矿化的目的。微生物群落的组成和活性直接决定了厌氧系统处理抗生素废水的效率和稳定性。

关键抗生素的环境归趋与降解

本综述重点关注的三种抗生素类别在医院废水中普遍存在且具有不同的环境行为。氟喹诺酮类（FQs）因其抗菌谱广、化学稳定性高而在环境中持久存在，但厌氧条件下的生物转化被证明可以破坏其核心的喹诺酮环结构。磺胺类（SAs）抗生素同样可通过厌氧微生物的共代谢作用被降解，其降解效率与水力停留时间（Hydraulic Retention Time, HRT）和污泥龄（Sludge Age）等操作参数密切相关。二氨基嘧啶类抗生素，如甲氧苄啶（Trimethoprim），其降解路径则涉及嘧啶环的修饰。研究表明，优化的厌氧工艺能够显著降低这些抗生素在出水中的浓度。

生态毒理学影响：从亚致死效应到风险评估

未经有效处理的医院废水排放对水生生态系统构成直接威胁。即使经过处理，出水中残留的抗生素混合物也可能对水生生物产生亚致死效应（Sublethal Effects），例如影响其生长、繁殖、行为乃至诱发氧化应激。这些效应在水生无脊椎动物（如水蚤）和脊椎动物（如鱼类）中均有报道。因此，仅凭抗生素的去除率来评估处理效果是不充分的，必须结合对出水进行的生态毒理学测试（Ecotoxicological Tests），才能全面评估处理技术对环境的安全性。这包括使用标准化的生物测试方法，以揭示抗生素混合物可能产生的协同或拮抗毒性效应。

研究展望与挑战

尽管厌氧技术在处理医院废水抗生素方面展现出巨大潜力，但仍面临诸多挑战。当前的研究空白在于深入解析厌氧反应器中驱动特定抗生素降解的关键微生物种群及其功能基因。未来的研究需要结合宏基因组学（Metagenomics）和代谢组学（Metabolomics）等先进技术，以揭示降解途径的分子机制。同时，将厌氧工艺与其他处理技术（如好氧工艺、高级氧化过程）耦合，可能是实现更高去除效率和更低生态毒性的发展方向。最终，通过优化工艺参数并建立完善的毒性评估体系，将有助于推动厌氧生物降解技术在实际医院废水处理中的规模化应用，为控制抗生素污染和保护水生态系统提供有力支持。