玉米芯生物滴滤池-垂直流人工湿地联用系统：一种农业废弃物资源化处理抗生素污染的创新方法

针对抗生素污染水体治理难题，本研究创新性地将玉米芯生物滴滤池(MC-BTF)与竹生物炭强化垂直流人工湿地(IVCWs)联用，实现磺胺甲恶唑(SMX)和四环素(TC)去除率超90%，同步优化氮磷去除，揭示Actinobacteria等关键降解菌群作用，为低成本废水处理提供新范式。

　　

抗生素污染已成为21世纪最严峻的水环境挑战之一。随着全球每年2.48万吨抗生素的消耗，30%-90%的抗生素以原形排入水体，传统污水处理厂(WWTPs)对此束手无策。磺胺甲恶唑(SMX)和四环素(TC)作为典型难降解抗生素，不仅威胁生态系统，更可能诱发耐药基因传播。现有处理技术如膜分离、吸附等成本高昂且效率有限，而人工湿地(CWs)虽具成本优势，但单一系统对复合抗生素去除效果不稳定。

海南省级自然科学基金创新团队与山东省青年基金支持的研究团队提出突破性解决方案：将农业废弃物玉米芯制成生物滴滤池(MC-BTF)，耦合竹生物炭强化的垂直流人工湿地(IVCWs)。该系统巧妙利用玉米芯的多孔结构(比表面积达1383±251.66 gVSS/m³)培养生物膜，预处理阶段即提升溶解氧(DO)至6.20±0.71 mg/L，去除23.93% SMX和23.64% TC；后续IVCWs中竹生物炭(CW-E)通过吸附-生物降解协同作用，使总去除率突破90%。微生物组分析发现Actinobacteria和Proteobacteria门菌群在抗生素降解中起核心作用，同时实现氮(0.179 g N/m³/d)、磷(0.202 g P/m³/d)的高效去除。

研究采用合成污水模拟真实环境(含200 μg/L SMX和TC)，通过生物膜量测定、高通量测序等技术验证系统性能。关键发现包括：

1. MC-BTF生物膜特性：玉米芯介质形成梯度分布的生物膜，中层微生物丰度最高，Leucobacter等菌属与抗生素降解显著相关。
2. IVCWs强化机制：竹生物炭组(CW-E)的抗生素去除率比无生物炭组高15%-20%，其微孔结构促进微生物定植。
3. 微生物代谢网络：硝化菌与反硝化菌(Nitrospira, Denitratisoma)的协同作用实现氮循环-抗生素降解耦合。

这项发表于《Journal of Environmental Management》的研究开创了"以废治污"新思路：每吨处理成本低于130美元，将玉米芯、竹材等农业废弃物转化为高效治污材料。其意义不仅在于破解抗生素去除技术瓶颈，更构建了"污染物资源化-生态治理-微生物调控"的全链条解决方案，为发展中国家污水处理提供可推广的蓝本。研究团队特别指出，该系统在热带地区的适用性已通过长期运行验证，未来可扩展至养殖废水、医疗污水等复杂场景。