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畜禽養(yǎng)殖業(yè)主要廢棄物處理工藝-行走式復(fù)合肥生產(chǎn)線

隨著集約化畜牧養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，抗生素被廣泛用作飼料添加劑以控制畜禽疾病和促進(jìn)畜禽生長。用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的抗生素絕大部分都不能被動(dòng)物體所完全吸收，而是以原形或代謝物的形式隨動(dòng)物的糞便排出體外，然后通過各種途徑進(jìn)入到土壤和水體中，給人類健康帶來巨大威脅。

本文綜述了好氧堆肥、厭氧發(fā)酵、高級氧化和人工濕地對畜禽糞便和養(yǎng)殖廢水中抗生素的去除效果，重點(diǎn)討論了不同運(yùn)行參數(shù)對處理工藝去除抗生素的影響，較后根據(jù)現(xiàn)行研究仍存在的問題提出今后的工作建議，為畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素污染的控制提供參考。 前言

據(jù)環(huán)保部統(tǒng)計(jì)，早在上世紀(jì)90 年代，畜禽糞污的有機(jī)污染負(fù)荷（COD）就超過了工業(yè)廢水和生活污水的總和?？股卦谛笄蒺B(yǎng)殖業(yè)主要用于預(yù)防治療細(xì)菌性疾病和促進(jìn)動(dòng)物生長。2013 年我國抗生素使用量驚人，一年使用16.2 萬噸抗生素，約占世界用量的一半，其中52%用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)，48%為人用，而且超過5 萬噸抗生素被排放進(jìn)入水土環(huán)境中。畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素大量使用主要有兩個(gè)方面的環(huán)境影響：第一，僅少部分抗生素或其代謝產(chǎn)物蓄積于動(dòng)物體內(nèi)，而大部分隨著排泄物排出，經(jīng)堆肥化處理或者簡單貯存后施用于農(nóng)田和魚塘。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)萬頭豬場每年向環(huán)境排泄的獸用抗生素約300—500 kg。第二，動(dòng)物腸道經(jīng)抗生素誘導(dǎo)會(huì)產(chǎn)生耐藥細(xì)菌，攜帶抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes，AＲGs），并且通過質(zhì)粒水平轉(zhuǎn)移等方式將抗性基因傳遞給環(huán)境中的土著微生物，同時(shí)土壤和水環(huán)境的抗生素殘留也促進(jìn)了細(xì)菌間抗性基因的傳播。2011 年造成歐洲9 個(gè)國家至少33 人死亡的“毒黃瓜”事件是由一種攜帶氨基糖苷類、大環(huán)內(nèi)酯類、磺胺類等多種抗性基因的腸出血性大腸桿菌引起的。

上世紀(jì)80 年代開始，歐美國家就對飼料添加抗生素做了較多規(guī)范，因此這些國家近期關(guān)于畜禽抗生素的文獻(xiàn)報(bào)道相對較少。近年來我國對畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素問題越來越重視，對于抗生素在畜禽糞便、作物土壤和流域的殘留情況的調(diào)查工作逐漸增多，對強(qiáng)化去除畜禽廢棄物抗生素的措施和工藝也開展了不少研究。目前，養(yǎng)殖動(dòng)物的排泄物通常先經(jīng)過固液分離，固體部分通過堆肥或者厭氧消化達(dá)到資源化利用的目的，沖欄的廢水和厭氧消化后的液體部分通過人工濕地、土壤滲濾和生物氧化塘等生態(tài)技術(shù)處理后排放到河流。除了加強(qiáng)獸藥管理、避免抗生素濫用之外，系統(tǒng)了解傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理工藝比如堆肥和厭氧消化等對抗生素的消除能力，以及厘清抗生素在各處理工藝中的去除機(jī)理和工藝參數(shù)優(yōu)化，對于有效控制畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素的環(huán)境排放具有重要的指導(dǎo)意義。 **********

本文綜述了國內(nèi)外通過堆肥和厭氧消化去除畜禽糞便抗生素的研究進(jìn)展，以及高級氧化和人工濕地等工藝去除畜禽廢水抗生素的研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)討論各項(xiàng)工藝影響抗生素去除效果的主要因素。

畜禽糞便處理工藝對抗生素的去除情況

畜禽養(yǎng)殖業(yè)中約30%—90%的抗生素未被動(dòng)物內(nèi)臟器官所吸收和利用，以原藥或者其代謝產(chǎn)物形式通過糞尿排出體外。綜合分析國內(nèi)外畜禽糞便抗生素的檢出情況，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素類、磺胺類、喹諾酮類和大環(huán)內(nèi)酯類等是目前畜禽養(yǎng)殖業(yè)廣泛使用的抗生素，它們的檢出濃度較高都能達(dá)到幾十甚至上百mg·kg-1。我國近幾年對畜禽糞便抗生素調(diào)查工作逐漸增多，四環(huán)素類的金霉素較高檢出濃度達(dá)到764.4 mg·kg-1。目前堆肥和厭氧消化是畜禽糞便無害化和資源化處理的主要方式。

堆肥對畜禽糞便抗生素的去除

堆肥是指在高溫條件下，利用微生物的分解作用，使有機(jī)物礦質(zhì)化、腐殖化和無害化而變成腐熟肥料的過程。堆肥一般分為好氧堆肥和厭氧堆肥。好氧堆肥具有溫度高，能夠更好地殺死致病微生物，堆肥時(shí)間短，效率高等特點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于畜禽糞便的處理。堆肥作為廣泛使用的畜禽糞便處理工藝，其對畜禽糞便中的抗生素去除情況受到較多的關(guān)注。

總體而言，好氧堆肥能夠在一定程度上去除抗生素，降低抗生素殘留的風(fēng)險(xiǎn)。表 1 總結(jié)了抗生素類型及其初始濃度、輔料添加、控溫和供氧方式等對畜禽糞便抗生素的削減效果。1.1.1 抗生素類型及初始濃度

不同類型抗生素由于結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致生物化學(xué)性質(zhì)差異，在堆肥中體現(xiàn)為顆粒吸附能力和對堆肥功能微生物的抑制能力等差別都可能影響到其在堆肥過程的非生物降解和生物降解。Selvam 等比較了好氧堆肥過程中金霉素、磺胺嘧啶和環(huán)丙沙星的去除情況，金霉素和磺胺嘧啶分別于21 d 和3 d 內(nèi)完全去除，而環(huán)丙沙星經(jīng)過56 d 仍有17%—31%的殘留，說明磺胺嘧啶和金霉素相對更易被降解，環(huán)丙沙星可能是抑制堆肥初期有機(jī)質(zhì)降解的主要原因。除了抗生素類型之外，濃度過高也可能對堆肥過程和抗生素的降解產(chǎn)生不利的影響。Bao 等比較了3 個(gè)濃度( 53.1、100、150.3 mg·kg-1 ) 的金霉素在蛋雞糞堆肥過程中的降解，經(jīng)過28 d，53.1 mg·kg-1 的金霉素已經(jīng)被完全去除，而后兩者經(jīng)過42 d 仍有6%的殘留，半衰期也更長。王桂珍等對堆肥過程不同濃度土霉素的去除和影響的比較研究也發(fā)現(xiàn)，高濃度土霉素會(huì)推遲和縮短高溫期，抗生素去除率也相對較低，并且當(dāng)土霉素濃度高于50 mg·kg-1 時(shí)能顯著降低雞糞堆肥產(chǎn)品的腐熟度。 **********

堆肥溫度

溫度是影響堆肥效果的重要因素。好氧堆肥的溫度變化過程通常分為4 個(gè)階段： 升溫階段，高溫階段，中溫階段以及腐熟階段，高溫階段溫度大于50 ℃，而后期溫度與室溫的相近程度也常作為堆肥腐熟的判斷依據(jù)之一。隨著溫度的升高，微生物活動(dòng)也隨之加強(qiáng)，同時(shí)提高了對抗生素等難降解有機(jī)物的轉(zhuǎn)化能力。Arikan 等比較了高溫條件（正常堆肥和恒定55 ℃培養(yǎng)）和低溫條件下（室溫和恒定25 ℃培養(yǎng)）對金霉素及其差向異構(gòu)體的去除效果，結(jié)果表明，高溫和低溫條件下抗生素去除率范圍分別為98%—99%和40%—49%，低溫條件下抗生素的半衰期更長。Liu 等采用程序控溫進(jìn)行高溫堆肥，中溫階段：20—55 ℃，0—5 d；高溫階段： 55 ℃，6—10 d；55—50 ℃，11—13 d； 50 ℃，14—16 d；降溫階段：降至20 ℃，17—35 d，并與室溫（10±2 ℃）條件下的堆肥進(jìn)行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過14 d 的高溫堆肥，磺胺甲惡唑和磺胺二甲嘧啶都完全去除； 而經(jīng)過35 d 的室溫堆肥，兩者的去除率分別為95.3%和93.1%。由此可見，高溫條件或者延長高溫期對堆肥工藝去除畜禽糞便中的抗生素非常重要。

堆肥方式

堆肥方式通常先按場地情況分為條垛式、槽式和倉式等，進(jìn)而根據(jù)供氣（氧）方式進(jìn)一步細(xì)分。供氣方式主要包括自然通氣、翻堆和強(qiáng)制通氣等。供氣是好氧堆肥成功的重要因素之一，一方面能提供好氧微生物生長所需氧氣，另一方面能調(diào)節(jié)堆體的溫度，縮短達(dá)到高溫階段的時(shí)間，同時(shí)避免堆體溫度過高。

不同堆肥方式對抗生素的去除效果存在一些差異。Dolliver 等對比了簡單堆放、翻堆和通氣倉式等3 種堆肥方式下，金霉素、泰樂菌素、莫能菌素和磺胺二甲嘧啶的降解情況，翻堆的較高溫度和高溫期都大于簡單堆放，通氣倉式堆肥升溫后溫度保持在60 ℃以上。盡管3 種方式較終對4 種抗生素的去除率是相似的，但簡單堆放的抗生素降解速率較低，半衰期更長。Munaretto 等研究了莫能菌素、鹽霉素和甲基鹽霉素在通氣、翻堆、通氣加翻堆以及簡單堆放等4 種堆肥方式下的去除效果，結(jié)果表明，莫能菌素在通氣和通氣加翻堆方式下抗生素的去除效果好于翻堆和簡單堆放，而鹽霉素和甲基鹽霉素的去除情況與莫能菌素正好相反，可能是因?yàn)辂}霉素和甲基鹽霉素的去除比較依賴堆肥過程中的高溫和高含水率。

輔料

堆肥過程通常添加秸稈、鋸末、木屑和玉米芯等作為輔助碳源，能夠調(diào)節(jié)堆體的C：N 比，有助于堆體自然升溫，增強(qiáng)微生物的活性，同時(shí)促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源合理化利用。Ｒamaswamy 等以不添加輔料為對照，研究了添加稻草對堆肥過程鹽霉素去除的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加稻草堆體升溫較快，高溫期較長，較高溫度達(dá)到62 ℃，而對照組堆體較高溫度僅41.8 ℃；盡管較后都達(dá)到幾乎100%的去除率，但對照組的鹽霉素半衰期更長。Qiu 等比較了不添加輔料、添加鋸末和添加稻草3 種情況的堆肥對雞糞和豬糞中4 種磺胺類抗生素的去除效果，研究發(fā)現(xiàn)添加輔料對磺胺類抗生素的去除普遍具有促進(jìn)作用，而且添加稻草比鋸末更容易被微生物利用，其抗生素的去除率也相對更高一些，以磺胺甲基嘧啶為例，其在豬糞堆肥過程中的去除效果分別為： 83.61%、99.78%和100%。 **********

厭氧消化對畜禽糞便抗生素的去除

厭氧消化是指在厭氧條件下，有機(jī)物在微生物分解與轉(zhuǎn)化的作用下，較終產(chǎn)二氧化碳和甲烷的過程。根據(jù)消化溫度，厭氧消化可分為：低溫厭氧消化（25 ℃以下） 、中溫厭氧消化（30—45 ℃）和高溫厭氧消化（50—65 ℃）。由于具有能夠處理高濃度的有機(jī)廢水、易于操作而且還能產(chǎn)生清潔能源等優(yōu)點(diǎn)，厭氧消化技術(shù)廣泛用于工農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化。早在50 年代，英國、德國、美國、日本以及前蘇聯(lián)就已經(jīng)開始利用厭氧消化等方法來進(jìn)行污水處理以及人畜糞便的處理，既控制了污染又改良了土壤。作為主要的畜禽糞便處理工藝之一，厭氧消化過程抗生素的去除情況也受到較多的關(guān)注。表 2 總結(jié)了不同抗生素及其初始濃度和工藝運(yùn)行條件下，厭氧消化去除抗生素的效果。1.2.1 抗生素類型及初始濃度

與堆肥工藝不同，在厭氧消化系統(tǒng)中，抗生素會(huì)在水相和顆粒吸附相之間平衡和轉(zhuǎn)化。不同抗生素的兩相平衡系數(shù)存在差別，在一定程度上影響到抗生素的去除。Alvarez 等研究了豬糞厭氧消化過程中不同濃度( 10、50、100 mg·L-1）土霉素和金霉素的去除情況，研究發(fā)現(xiàn)水相土霉素隨著時(shí)間推移逐步降解，而顆粒吸附相抗生素相對穩(wěn)定；水相金霉素的降解速度較快，從而推動(dòng)顆粒吸附相向水相遷移，較后金霉素總量大幅度降低。

在這個(gè)過程中，顆粒相的吸附容量是有限的（20 mg·L-1 左右），抗生素總量越大在水相的分配比例就越大，因此去除率反而更高。Mohring 等比較了幾種磺胺類抗生素在豬糞厭氧消化過程的降解情況，經(jīng)過34 d 的反應(yīng)，磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲惡唑、磺胺地索辛和甲氧芐啶幾乎完全去除，而磺胺噻唑、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲氧嗪還存在27%—60%不等的殘留，可能是因?yàn)樗鼈兘Y(jié)構(gòu)的差別導(dǎo)致顆粒相分布和微生物降解難度的差異。如果抗生素初始濃度過高，會(huì)對厭氧消化中的微生物產(chǎn)生毒性，抑制微生物活性，表現(xiàn)為甲烷產(chǎn)量下降。Shi 等發(fā)現(xiàn)25 mg·L-1 的四環(huán)素或磺胺對甲氧嘧啶即可一定程度降低厭氧消化產(chǎn)甲烷量。

厭氧消化溫度

除了抗生素的水溶性和顆粒吸附能力外，厭氧消化的條件包括溫度、pH、光照等都可能對抗生素的降解產(chǎn)生一定的影響。不同的溫度區(qū)間，適宜生長的微生物類型存在很大的差別，低溫區(qū)適宜生長的微生物種類較多，但生長比較緩慢；中溫區(qū)微生物的代謝逐步增強(qiáng)，但適宜生長種類逐漸變少，一些腸道菌可能成為優(yōu)勢菌群；而高溫區(qū)適宜生長的種類更少，一些嗜熱菌比如嗜熱甲烷菌可能成為優(yōu)勢菌。Varel 等研究了22 ℃、38 ℃和55 ℃厭氧消化對牛糞中的莫能霉素和豬糞中的金霉素的去除效果，結(jié)果顯示，經(jīng)過28 d 莫能菌素在3 種條件下的去除率分別為3%、8%、27%; 經(jīng)過21 d，金霉素的去除率分別為：7%、80%、98%。高溫有助于抗生素降解的原因一方面在于高溫能提高抗生素的水溶性，使其易于被微生物所利用；另一方面可能在于高溫生長的微生物抗逆性強(qiáng)，更容易適應(yīng)高濃度抗生素。Varel 等認(rèn)為如果讓厭氧發(fā)酵微生物經(jīng)過5—6 個(gè)月的適應(yīng)期，可以提高對莫能菌素的降解和甲烷產(chǎn)量。 **********

其他運(yùn)行參數(shù)

除溫度之外，厭氧消化的其他運(yùn)行參數(shù)也會(huì)影響消化效果，比如是否接種及種泥的揮發(fā)性固體含量，混合或者攪拌速率以及消化時(shí)間的長短。增大混合速率和延長消化時(shí)間都可能在一定程度上增強(qiáng)厭氧消化對抗生素去除效果。Turker 等研究了中溫條件下不同揮發(fā)性固體含量（ 5%—6%和8%—9%）以及不同混合速率( 90 r·min-1 和120 r·min-1 ) 對土霉素去除效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土霉素在揮發(fā)性固體含量為8%—9%，混合速率為120 r·min-1 條件下，去除率較高，達(dá)78%；在揮發(fā)性固體含量為5%—6%，混合速率為90 r·min-1 條件下，去除率較低為55%。 此外，適當(dāng)延長消化時(shí)間也會(huì)增強(qiáng)消化效果。Al-Ahmad 等通過研究不同消化時(shí)間（28 d 和40 d）對青霉素G 的消化效果，結(jié)果表明，青霉素G 在28 d 和40 d 的去除率分別為27%和36%。

雖然好氧堆肥和厭氧消化能夠大幅降低畜禽糞便抗生素的濃度，但它們的產(chǎn)物殘留的抗生素濃度通常在幾十到上百μg·kg-1 或者μg·L-1 以上，有些甚至仍在mg·kg-1 水平。因此在施肥或者灌溉的農(nóng)田土壤頻頻檢測出數(shù)百μg·kg-1 的四環(huán)素類和喹諾酮類等抗生素。在養(yǎng)殖場周邊的地表水和地下水體中也常檢測出抗生素的殘留，給人類健康造成潛在威脅。

畜禽養(yǎng)殖廢水處理工藝對抗生素的去除

畜禽養(yǎng)殖廢水具有高濃度化學(xué)需氧量（COD）、懸浮顆粒物（SS）和氨氮（NH3-N），水質(zhì)水量變化大，含有致病菌并有惡臭等特點(diǎn)。常用的畜禽廢水處理方法主要有人工濕地，厭氧/好氧組合工藝（A/O）、序批式活性污泥法（SBR）、生物膜反應(yīng)器（MBR）以及微生物固化曝氣等生物處理工藝。目前，除了人工濕地之外，直接研究上述工藝對養(yǎng)殖廢水抗生素去除的工作較少，而以Fenton 氧化為代表的高級氧化技術(shù)，常常用于經(jīng)SBR 工藝和A/O 工藝預(yù)處理后養(yǎng)殖廢水抗生素的深度處理。因此，下面主要介紹高級氧化工藝和人工濕地生態(tài)工藝對養(yǎng)殖廢水中抗生素的去除研究。

高級氧化工藝對養(yǎng)殖廢水中抗生素的去除

高級氧化工藝（Advanced oxidation processes，AOPs）是在高溫高壓、電、聲、光輻照、催化劑等條件下，利用具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基（·OH），使大分子難降解有機(jī)物氧化成低毒或無毒的小分子物質(zhì)。該類技術(shù)一般用作養(yǎng)殖廢水的深度處理。常見的技術(shù)有Fenton 氧化、臭氧氧化、UV/H2O2 聯(lián)合氧化法、電化學(xué)氧化等。

Fenton 氧化作為一種高級氧化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于廢水處理。近年來，隨著環(huán)境中抗生素污染的加劇，該氧化技術(shù)也應(yīng)用于廢水中抗生素的去除。Ben 等采用Fenton 氧化法處理經(jīng)SBR 反應(yīng)器預(yù)處理后的養(yǎng)殖廢水，研究表明，當(dāng)Fe2+ 的投加濃度為0.91 mmol·L-1，H2O2 的投加濃度為1.37 mmol·L-1，pH 值控制在5，反應(yīng)時(shí)間10 min 的條件下，磺胺類抗生素的去除率達(dá)到92%—97%。 **********

臭氧O3 具有很強(qiáng)的氧化性，長期以來被認(rèn)為是一種很好的氧化劑和消毒劑。近年來，關(guān)于對養(yǎng)殖廢水中抗生素去除效果的研究也已有報(bào)道。Ben 等比較了單獨(dú)的O3 氧化法與O3/H2O2 結(jié)合技術(shù)處理經(jīng)SBR反應(yīng)器預(yù)處理后的養(yǎng)殖廢水，研究表明，單獨(dú)的O3 氧化法對抗生素的去除效果要好于O3 /H2O2 結(jié)合技術(shù)；O3 氧化法在COD 達(dá)208 mg·L-1，pH 值為7.5，O3 消耗量在37.3 mg·L-1 的條件下，四環(huán)素類抗生素，磺胺類抗生素以及泰妙素的去除率高達(dá)85%—100%。

此外，李文君等采用UV/H2O2 聯(lián)合氧化法處理含磺胺類抗生素（磺胺甲惡唑、磺胺噻唑、磺胺甲噻二唑、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺二甲嘧啶）的畜禽養(yǎng)殖廢水，在紫外波長為254 nm、抗生素濃度2.0 mg·L-1，H2O2 投加濃度為7.0 mmol·L-1，pH 5.0 條件下，反應(yīng)1 h 后，5 種抗生素的去除率均可達(dá)95%以上。王志剛等研究了電解氧化法對養(yǎng)殖廢水中抗生素的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在電解電壓5 V，電解時(shí)間2 min，初始pH 值為9，曝氣時(shí)間3 h 條件下，土霉素、四環(huán)素、金霉素的去除率分別為90.8%、97.7%和90.7%。

綜上所述，高級氧化法能夠滿足養(yǎng)殖廢水較高濃度抗生素的去除，去除率高、反應(yīng)時(shí)間短見效快、且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。但是養(yǎng)殖廢水中的高濃度有機(jī)物，會(huì)競爭性地大量消耗羥基自由基（·OH），增加廢水處理的成本。因此，應(yīng)根據(jù)預(yù)處理出水水質(zhì)情況，選擇性地應(yīng)用于養(yǎng)殖廢水的深度處理。

人工濕地對養(yǎng)殖廢水抗生素的去除

人工濕地作為一種低成本生態(tài)處理技術(shù)已成功應(yīng)用于生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢水等水體的處理，其作用機(jī)理綜合了物理、化學(xué)和生物三重協(xié)同作用，表現(xiàn)為過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物代謝等多種途徑，能有效去除有機(jī)物、氮、磷、重金屬和病源微生物等。在畜禽養(yǎng)殖業(yè)，人工濕地除了直接消納沖欄廢水外，更多是作為厭氧消化或者露天貯存池處理的后續(xù)處理設(shè)施。近年來，隨著抗生素污染問題日益受重視，國內(nèi)外研究人員包括筆者所在的研究團(tuán)隊(duì)在人工濕地去除養(yǎng)殖廢水和市政污水中的抗生素方面開展了一些工作。人工濕地對抗生素的去除包含填料吸附、植物吸收和微生物代謝等過程?？股刈陨淼睦砘卣骱腿斯竦仡愋图熬唧w運(yùn)行參數(shù)等也會(huì)對抗生素的去除效果產(chǎn)生影響。表 3 總結(jié)了抗生素類型、人工濕地工藝類型、填料和植物等對抗生素去除效果的影響。為了能夠比較全面地闡述人工濕地去除抗生素的特征和機(jī)制，本文引用了少量市政生活污水方面的數(shù)據(jù)。

抗生素類型及其初始濃度 **********

填料吸附是人工濕地去除抗生素的重要途徑，也是抗生素進(jìn)一步生物降解的前提。不同的抗生素由于其結(jié)構(gòu)特征的差異，它們的介質(zhì)吸附能力不同。化合物的介質(zhì)吸附能力常常體現(xiàn)在土壤-水平衡系數(shù)Kd 值范圍。根據(jù)已有的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，四環(huán)素類抗生素在不同介質(zhì)中的Kd 值范圍在290—1620 L·kg-1 之間，磺胺類抗生素的Kd 值范圍在0.9—10 L·kg-1 之間，喹諾酮類抗生素的Kd 值范圍在260—6310 L·kg-1 之間。四環(huán)素類和喹諾酮類抗生素具有較強(qiáng)的吸附于土壤等介質(zhì)的能力。因此人工濕地對這兩類抗生素總體上表現(xiàn)出較強(qiáng)的去除能力。在同等研究條件下，四環(huán)素類和喹諾酮類抗生素的去除率比磺胺類抗生素更高。除了介質(zhì)吸附外，抗生素的水溶性和辛醇水分配系數(shù)Kow 會(huì)影響其是否易被植物吸收和在植物體內(nèi)傳送?？股氐臐舛忍?，有可能使得其每天輸入量超過所采用人工濕地的負(fù)載能力，會(huì)導(dǎo)致去除率下降。Yan 等比較了不同濃度的磺胺甲惡唑、羅紅霉素和氧氟沙星等在垂直流人工濕地中的去除率，當(dāng)濃度為500 μg·L-1 時(shí)抗生素去除率有較大幅度下降。如果抗生素輸入量沒有超過人工濕地負(fù)載能力，則去除率變化不大。

水力流向和水力負(fù)荷

根據(jù)水力流向，人工濕地可以分為：表面流人工濕地、水平潛流人工濕地、垂直潛流人工濕地等。水力流向能夠影響污染物與濕地填料的接觸方式、接觸時(shí)間以及濕地系統(tǒng)的溶氧條件等。由于填料吸附對抗生素去除初始貢獻(xiàn)較大，而垂直潛流人工濕地填料和污染物接觸較為充分，因此在已有的報(bào)道中，垂直潛流對抗生素的去除能力比較突出。Liu 等研究了人工濕地水力流向?qū)λ沫h(huán)素和磺胺甲嘧啶兩種抗生素去除效果的影響，結(jié)果兩種抗生素去除率的大小依次都是: 表面流＜水平潛流＜垂直潛流低水位＜垂直潛流高水位。Dan 等比較了磺胺類抗生素在4 種具有不同水力流向特征的人工濕地的去除效果，同樣也發(fā)現(xiàn)垂直潛流人工濕地去除率較高，達(dá)到43%—76%。

水力負(fù)荷是指單位體積人工濕地或單位面積每天可以處理的廢水水量，水力負(fù)荷越大則水力停留時(shí)間越短。水力負(fù)荷與抗生素初始濃度相乘等于人工濕地每天抗生素輸入量。所以水力負(fù)荷也會(huì)影響到人工濕地對抗生素的去除率。比較不同研究論文的數(shù)據(jù)時(shí)，除了去除率之外，還得考慮進(jìn)水濃度與水力負(fù)荷。Avila 等研究了復(fù)合型人工濕地對包括抗生素在內(nèi)的13 種有機(jī)污染物的去除，發(fā)現(xiàn)水力負(fù)荷提高后( 6—18 cm·d-1 ) ，大部分污染物去除率有所下降。如果抗生素初始濃度低，水力負(fù)荷即使大幅提高，對去除率的影響也不大。 **********

填料和植物

填料是人工濕地中的重要組成部分。作為人工濕地的基質(zhì)，填料既能夠吸附污染物質(zhì)又能夠保證植物正常的生命活動(dòng)。填料的孔隙率、比表面積和化學(xué)成分等都可能對抗生素的去除產(chǎn)生影響。本研究組Liu 等研究了土霉素和磺胺二甲嘧啶在同一類型人工濕地但不同填料（沸石和火山巖）中的去除效果，結(jié)果表明，土霉素和磺胺二甲嘧啶在以沸石為填料的人工濕地中的去除效果要好于以火山巖為填料的人工濕地，去除率分別為：73%—95%和68%—91%。Dan 等的研究發(fā)現(xiàn)，符山石對磺胺類抗生素的去除率較高，主要是因?yàn)榉绞哂休^大的比表面積和孔隙率。

除填料外，植物也是人工濕地重要的組成部分。它既能給系統(tǒng)中的微生物提供能量又能利用自身的功能吸附、吸收和富集污染物，以達(dá)到降低和去除污染物的目的。植物對污染物的去除能力與植物栽種密度和根際發(fā)達(dá)程度有關(guān)。Xian 等研究了在人工大型植物浮床系統(tǒng)中有無植物對抗生素去除效果的影響，結(jié)果表明，磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲惡唑和磺胺嘧啶在種植植物系統(tǒng)中的去除率為88.8%—99.5%；而在無種植植物時(shí)的去除率為73.1%—94.6%。Yan 等研究了種植風(fēng)車草對人工濕地去除磺胺甲惡唑、羅紅霉素和氧氟沙星的效果，結(jié)果表明，3 種抗生素在種植植物條件下的去除效率要高于沒有種植植物的。植物生長到一定時(shí)期，組織老化，蒸騰作用減弱，可能會(huì)影響到對污染物的吸收。Huang 等發(fā)現(xiàn)定期植物收割的方法有助于提高人工濕地對抗生素的去除。在一些研究中也發(fā)現(xiàn)植物的作用不顯著的現(xiàn)象，可能有2 個(gè)方面的原因：（1）植物的生長量不夠；（2）填料和微生物的作用已經(jīng)達(dá)到很高的去除率。

總結(jié)和展望

畜禽養(yǎng)殖業(yè)抗生素使用量大，是環(huán)境抗生素污染物的重要來源。在抗生素污染控制方面，首先要加強(qiáng)獸藥管理，發(fā)展抗生素替代物，減少源頭污染。在當(dāng)前無法全面禁止抗生素使用的背景下，研究畜禽養(yǎng)殖廢棄物處理設(shè)施對抗生素的去除特征和機(jī)制，開發(fā)強(qiáng)化抗生素去除的技術(shù)體系具有非常重要的意義。

已有的研究表明好氧堆肥、厭氧消化、高級氧化和人工濕地等技術(shù)均可以大幅度降低畜禽糞便和廢水中抗生素的濃度，但抗生素的降解產(chǎn)物方面的研究還比較薄弱，有些抗生素未被完全降解只是結(jié)構(gòu)上發(fā)生了少許變化，仍有可能具有毒性和抗性誘導(dǎo)能力。 堆肥化處理后的抗生素濃度雖然大多是μg·kg-1 水平，施肥后在作物土壤中的蓄積仍然有可能誘導(dǎo)并促進(jìn)抗性基因的轉(zhuǎn)移。

目前的研究認(rèn)為人工濕地填料吸附對抗生素的去除貢獻(xiàn)較大，研究如何加快人工濕地植物和微生物對填料吸附的抗生素進(jìn)行轉(zhuǎn)化非常必要。因此，認(rèn)為今后的研究可以考慮以下3 個(gè)方面的內(nèi)容： **********

深入研究畜禽廢棄物處理過程抗生素的降解產(chǎn)物，正確評估各項(xiàng)技術(shù)去除抗生素的能力，解析其去除機(jī)制。

研究堆肥和厭氧消化過程的微生物群落，篩選具有較強(qiáng)降解能力的細(xì)菌、真菌和放線菌作為菌劑，強(qiáng)化其對畜禽糞便中抗生素的去除。

研究加快人工濕地植物和微生物轉(zhuǎn)化脫除抗生素的策略。