反硝化木屑生物反应器对水产养殖废水中残留抗生素的高效去除机制研究

针对水产养殖废水抗生素残留缺乏经济高效处理技术的难题，丹麦团队创新性评估了末端反硝化木屑生物反应器对氟苯尼考(Florfenicol)、奥索利酸(Oxolinic acid)、磺胺嘧啶(Sulfadiazine)和甲氧苄啶(Trimethoprim)的去除效能。通过批次吸附实验、连续流测试及规模化现场监测，证实木屑对奥索利酸(21 μg g?1)和甲氧苄啶(106 μg g?1)具有显著吸附能力，现场去除率分别达93%和77%，为水产尾水处理提供了安全屏障。

　　

随着全球水产养殖业规模扩大，抗生素滥用导致的生态环境风险日益凸显。丹麦2023年数据显示，淡水养殖中31%为磺胺嘧啶/甲氧苄啶复方制剂，54%为奥索利酸，这些化合物通过尾水排放可能引发微生物耐药性扩散。现有高级氧化、膜过滤等技术存在成本高或副产物风险，而富含羧基/羟基等官能团的有机吸附材料展现出潜力。丹麦技术大学（DTU）团队在《Aquaculture》发表的研究，系统评估了木屑生物反应器这一兼具反硝化与吸附功能的绿色技术对四类典型抗生素的去除机制。

研究采用三阶段实验设计：通过12小时批次实验测定无菌木屑吸附性能；利用12套26 L连续流反应器模拟8周实际运行；在1500吨产能的虹鳟鱼养殖场开展全规模验证。关键方法包括Langmuir/Freundlich等温线模型拟合、HPLC-MS/MS抗生素检测、离子色谱分析水质参数，并统计比较不同处理组的硝酸盐去除差异。

5.1 批次吸附实验
预风化柳木屑对四类抗生素的吸附能力呈现显著差异：奥索利酸在低浓度区(15 μg L^?1)即达21 μg g^?1吸附量，其喹诺酮类结构中的-COOH与木屑表面阳离子形成桥键；甲氧苄啶最大吸附量(B_max)达106 μg g^?1，显著高于磺胺嘧啶(27 μg g^?1)，这与后者4120 mg L^?1的高水溶性相关；氟苯尼考则几乎不被吸附。

5.2 连续流测试
8周运行显示，木屑反应器对甲氧苄啶去除率最高(88.9%)，奥索利酸和磺胺嘧啶分别为62.5%和63.8%。值得注意的是，硝酸盐去除率(15.47-18.79 g m^?3 d^?1)未受抗生素影响(P=0.89)，证实反硝化与抗生素降解可同步进行。微生物硫代谢可能促进磺胺嘧啶降解，而甲氧苄啶在硫酸盐还原条件下的去除动力学需进一步研究。

5.3 现场研究
全规模验证出现戏剧性现象：奥索利酸经木屑反应器后浓度从44.6 μg L^?1骤降至2.9 μg L^?1，满足丹麦≤15 μg L^?1的排放限值；但磺胺嘧啶因代谢物乙酰磺胺嘧啶在厌氧条件下的解偶联，浓度反而增加141%。互补的是，表面流湿地通过光降解使磺胺类总量降低43%，凸显组合工艺的优势。

讨论部分强调，6000 m³木屑反应器理论可吸附28 kg奥索利酸，远超实际9.75 kg投加量，说明其缓冲容量充足。研究首次揭示乙酰化代谢物在反硝化环境中的再生现象，这对评估抗生素环境归趋至关重要。尽管未能有效去除氟苯尼考，该技术为奥索利酸和甲氧苄啶提供了符合成本效益的解决方案，尤其适合与湿地组合应用。未来需探究温度、木屑老化对长期性能的影响，以及完全矿化途径的验证。