含抗生素廢水的微藻處理技術(shù)及其進(jìn)展

鐘雪晴，朱雅莉，王玉嬌，趙權(quán)宇

（1 南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，江蘇南京211816；2 南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京211816）

抗生素在人類(lèi)疾病治療和水產(chǎn)養(yǎng)殖等行業(yè)發(fā)揮著重要作用，但是抗生素過(guò)量使用也造成其在環(huán)境中累積，部分水體和土壤中均已檢測(cè)出微量的抗生素?？股馗鶕?jù)結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)等可以分為β-內(nèi)酰胺類(lèi)、磺胺類(lèi)、喹諾酮類(lèi)、四環(huán)素類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)以及林可酰胺類(lèi)等。一般使用半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）判斷抗生素的環(huán)境毒理影響。EC50值越小，代表毒性越大。環(huán)境中殘留的抗生素會(huì)影響微生物群落構(gòu)成、降低土壤酶活性、影響微生物生長(zhǎng)等[1]。抗生素通過(guò)水體和土壤進(jìn)入食物鏈，最終被人類(lèi)攝取，產(chǎn)生耐藥性。廣泛耐藥性的產(chǎn)生將降低人類(lèi)疾病的治療效率，提高治療成本，甚至對(duì)特殊病原菌失去有效治療手段，已經(jīng)成為全球威脅。亟需嚴(yán)格控制含抗生素廢水排放，切斷抗生素進(jìn)入環(huán)境的途徑，保障人類(lèi)健康。

目前，物理、化學(xué)和生物手段均是處理含抗生素廢水的可能途徑。一般來(lái)說(shuō)，含抗生素廢水成分復(fù)雜，競(jìng)爭(zhēng)性物質(zhì)的存在降低了吸附劑對(duì)抗生素的吸附選擇性，去除效率受到嚴(yán)重影響。物理法中膜處理法由于膜污染使得通量下降，降低了處理效率[2-3]?；瘜W(xué)法中光催化或臭氧氧化處理可能會(huì)產(chǎn)生其他有害中間產(chǎn)物，存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)[4]。物理法和化學(xué)法需要消耗能量將抗生素分離或降解，但是不產(chǎn)生附加值。生物法去除抗生素如傳統(tǒng)活性污泥法，其初衷是為了滿(mǎn)足水質(zhì)排放的要求，處理后廢棄污泥的處理成本占總成本的50%～60%[5]，其他去除方法如人工濕地技術(shù)，目前還存在設(shè)計(jì)規(guī)范欠缺、濕地堵塞等問(wèn)題[6-7]，所以需要探索高效、節(jié)能的方法去除抗生素。微藻能利用光能和CO2進(jìn)行高效的光合作用，具有降解有機(jī)污染物、去除重金屬離子以及改良鹽堿地等潛力[8-9]。同時(shí)，微藻生物煉制可以產(chǎn)生有價(jià)值的副產(chǎn)物，如色素、脂類(lèi)或生物燃料等[10]。根據(jù)國(guó)外最近的研究，微藻處理醫(yī)療廢水后干細(xì)胞質(zhì)量濃度可達(dá)0.52g/L，脂含量占28%[11]。所以，基于生物煉制概念用微藻處理含抗生素廢水后，還可以獲得高附加值產(chǎn)品，是具有潛力的含抗生素廢水處理技術(shù)，并對(duì)實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用具有重要意義。本文結(jié)合近年來(lái)微藻處理含抗生素廢水的部分探索性工作，重點(diǎn)綜述了微藻去除抗生素的機(jī)制和工藝條件。

1 含抗生素廢水的產(chǎn)生及其危害

抗生素在醫(yī)學(xué)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)以及水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)揮著重要作用，廣泛用于預(yù)防或治療微生物感染問(wèn)題[12-13]。根據(jù)全球抗生素消耗量調(diào)查結(jié)果顯示，在2000—2010 年期間抗生素藥物的消耗量從54083964813 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位增加到73620748816 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位，增加了36%[14]。此外，每年全球藥品和個(gè)人護(hù)理用品（PPCPs）的消耗量達(dá)到10000t。人體不能完全利用的抗生素隨生活污水進(jìn)入廢水處理廠(chǎng)，而多數(shù)廢水處理廠(chǎng)不能高效處理含抗生素廢水，迄今已在國(guó)內(nèi)外的地表水[15]、廢水處理廠(chǎng)[16]、海水[17]、地下水[18]以及飲用水[16]中檢測(cè)到微量的抗生素。部分國(guó)內(nèi)外環(huán)境水體樣本中典型抗生素濃度見(jiàn)表1。含抗生素廢水主要來(lái)自以下幾個(gè)方面：①制藥廢水，制藥企業(yè)在藥物合成中產(chǎn)生的抗生素流入環(huán)境中[31]；②用藥后產(chǎn)生的廢水，醫(yī)療單位及養(yǎng)殖業(yè)抗生素的過(guò)量消耗，有一部分抗生素不能代謝，流入到城市廢水系統(tǒng)或河流；③廢水處理廠(chǎng)（WWTP）排放廢水，目前廢水處理標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有抗生素指標(biāo)。含抗生素廢水不能通過(guò)傳統(tǒng)方法有效去除，而后流入到環(huán)境中[32]。Rizzo等[33]認(rèn)為WWTP是環(huán)境中抗生素的重要來(lái)源?？股厣a(chǎn)廢水成分復(fù)雜，處理難度大。利用微藻去除抗生素的研究多數(shù)還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，使用BG11 等常見(jiàn)培養(yǎng)基或廢水出水培養(yǎng)微藻，針對(duì)的也主要是面源污染問(wèn)題[1]。

環(huán)境中抗生素的殘留有多方面的危害。2015年9月，我國(guó)農(nóng)業(yè)部發(fā)布的2292號(hào)公告，宣布停止使用洛美沙星（LOM）、培氟沙星（PEF）、氧氟沙星（OFL）及諾氟沙星（NOR）4 種獸藥；然而，在我國(guó)部分湖泊中曾經(jīng)檢測(cè)出部分抗生素，如遼河中諾氟沙星的含量高達(dá)256.03ng/L，巢湖中洛美沙星的含量達(dá)5.5ng/L，太湖中OFL的含量達(dá)82.8ng/L（見(jiàn)表1）。環(huán)境中存在一些固氮微生物，在增加土壤肥力方面發(fā)揮作用。而環(huán)境中殘留抗生素可能影響固氮微生物生長(zhǎng)或者降低其在土壤的活性，這樣就需要增加化肥的使用量，造成土壤板結(jié)等問(wèn)題。耐藥性基因（ARG）和耐藥菌株（ARB）的傳播，二者與難以治療的感染/疾病相聯(lián)系，造成延長(zhǎng)住院時(shí)間和增加住院費(fèi)用[1]，甚至公共健康事件。最后，人類(lèi)是食物鏈的頂端，環(huán)境中的抗生素會(huì)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)級(jí)富集作用而使其濃度不斷升高、食物鏈的逐級(jí)傳遞而危害人體健康。如殘留在環(huán)境中抗生素可能誘發(fā)突變，對(duì)人體有潛在的毒性，嚴(yán)重可能造成致畸[34]。處理含抗生素廢水是全世界均需重視的環(huán)境問(wèn)題。2015 年5 月，世界衛(wèi)生大會(huì)也提出行動(dòng)計(jì)劃要解決耐藥性問(wèn)題[35]。需要通過(guò)合理使用抗生素、規(guī)范收集養(yǎng)殖污染物及優(yōu)化廢水處理方法以高效去除廢水中抗生素。在多種環(huán)境樣本中均檢測(cè)到一些常見(jiàn)抗生素，雖然這些抗生素的檢測(cè)最大濃度在ng/L 水平，但是不能忽視其在環(huán)境中累積后的影響。表1 所示環(huán)境樣本采集自各大洲，說(shuō)明水體中抗生素的潛在威脅是全球性的問(wèn)題。

表1 環(huán)境樣本中典型抗生素濃度

2 微藻處理含抗生素廢水的特點(diǎn)

自青霉素大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用后，有效處理含抗生素廢水一直廣受關(guān)注[36]。微藻生物技術(shù)是處理含抗生素廢水的潛在方法。微藻能進(jìn)行光合自養(yǎng)、異養(yǎng)和兼養(yǎng)，可以充分利用廢水中的氮、磷和有機(jī)小顆粒等。該技術(shù)處理廢水能減少營(yíng)養(yǎng)物供給，處理后的藻類(lèi)生物質(zhì)再經(jīng)提取得到有價(jià)值的副產(chǎn)物，形成了良性循環(huán)而吸引了研究者的目光（見(jiàn)圖1）。已有大量研究表明微藻能有效去除市政廢水、工業(yè)廢水、地表水、生活廢水、養(yǎng)殖廢水以及醫(yī)療廢水等廢水中的污染物[11,37-39]。微藻處理含抗生素廢水有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：①微藻是可利用光能生長(zhǎng)的自養(yǎng)型生物；②同菌相比，微藻能耐受更高濃度的抗生素[40]；③微藻不是抗生素的靶標(biāo)生物，一定濃度的抗生素對(duì)微藻的生長(zhǎng)繁殖影響較低[41-42]?？股卦诘蜐舛却嬖跁r(shí)能促進(jìn)微藻的生長(zhǎng)，高濃度抗生素也可能?chē)?yán)重抑制微藻生長(zhǎng)[8]，所以微藻處理含抗生素廢水也受到一定的制約。

圖1 微藻處理抗生素的流程

近年來(lái)有報(bào)道，將微藻法和其他技術(shù)相結(jié)合以增強(qiáng)抗生素的去除效率。如利用微藻和菌結(jié)合，系統(tǒng)中同時(shí)存在自養(yǎng)和異養(yǎng)代謝方式，去除有機(jī)物、重金屬及病原體的效率更高[43]。Shi 等[40]用海水小球藻處理含150mg/L 阿莫西林廢水，去除效率達(dá)85.6%±3.8%，如果微藻處理后含阿莫西林廢水繼續(xù)用潮間濕地沉積物或活性污泥處理，去除效率＞99%。在紫外光（UV）的照射下，抗生素會(huì)吸收光子進(jìn)而破壞抗生素的化學(xué)鍵。Liu 等[44]用微藻和不同波長(zhǎng)的UV結(jié)合去除頭孢他啶，結(jié)果表明短波長(zhǎng)UV 對(duì)抗生素的去除效率更高。Li 等[45]用微藻和Fenton 反應(yīng)結(jié)合去除高濃度阿莫西林和頭孢拉定，結(jié)果顯示微藻法結(jié)合Fenton 反應(yīng)去除效率優(yōu)于單用微藻法?；钚晕勰喾ㄌ幚眍^孢拉定，去除率在22.1%～46.3%之間，單獨(dú)使用小球藻去除率可達(dá)81.4%，混合使用活性污泥及小球藻，去除效率增加到97.9%，其中活性污泥貢獻(xiàn)15.9%，藻類(lèi)貢獻(xiàn)82.0%[46]。與這些技術(shù)的集成有利于提高發(fā)揮微藻生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)以及處理含抗生素廢水的可行性。

3 微藻去除抗生素的幾種機(jī)制

3.1 生物表面吸附

抗生素在微藻表面的生物吸附即抗生素被吸附到微藻的細(xì)胞壁或者微藻分泌的胞外聚合物（EPS）上[47-48]。用滅活（熱處理過(guò)或冷凍干燥）過(guò)的微藻處理含抗生素廢水來(lái)評(píng)估微藻對(duì)抗生素的表面吸附能力[4,49]。Kiki等[50]考察了柵藻、月牙藻和小球藻處理不同抗生素時(shí)生物表面吸附的貢獻(xiàn)。對(duì)磺胺類(lèi)抗生素生物表面吸附的貢獻(xiàn)僅占1%～4%，而喹諾酮類(lèi)抗生素-洛美沙星（LOM）則不存在生物表面吸附，大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素-羅紅霉素（ROX）、克拉霉素（CLA）及阿奇霉素（AZI）有較高的生物表面吸附。不同微藻去除抗生素時(shí)生物表面吸附的貢獻(xiàn)也存在藻種間差異。小球藻去除CLA、AZI及ROX 時(shí)的生物表面吸附占2%～4%，柵藻和月牙藻的生物表面吸附占6%～7%[50]。如果加入提取油脂后四尾柵藻的生物量大于2g/L，對(duì)10mg/L 四環(huán)素，3h內(nèi)可以去除50%以上[51]，這主要是通過(guò)生物表面吸附去除的。微藻生物表面吸附與抗生素的親/疏水性和電荷有關(guān)，一般來(lái)說(shuō)疏水性高的抗生素更容易吸附[50]。

3.2 生物降解

生物降解是微藻去除抗生素的主要途徑之一，包括胞內(nèi)降解和胞外降解。

3.2.1 胞內(nèi)降解

微藻胞內(nèi)降解主要是通過(guò)酶催化完成的。微藻細(xì)胞內(nèi)有復(fù)雜的酶系統(tǒng)，包括階段Ⅰ酶和階段Ⅱ酶家族[1]。首先去除以階段Ⅰ酶（細(xì)胞色素450）為開(kāi)端，通過(guò)氧化、還原或水解作用脫去羥基使抗生素更具有親水性；階段Ⅱ酶如谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶能催化親電子化合物和谷胱甘肽發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，這樣由于Ⅱ酶的結(jié)合使得一些環(huán)氧化合物的環(huán)斷裂而保護(hù)藻細(xì)胞免受氧化[1]。當(dāng)然，在藻細(xì)胞內(nèi)降解抗生素是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，利用組學(xué)手段了解每一種酶在胞內(nèi)生物降解過(guò)程中發(fā)揮的作用，這對(duì)藻種選擇具有重要的指導(dǎo)意義。 磺胺甲唑在Chlamydomonassp. Tai-03 中的降解存在3 條途徑：①與苯環(huán)相連的氨基氧化；②與苯環(huán)相連的氨基氧化以及S—N 鍵斷裂；③五元環(huán)被甲基替換，之后苯環(huán)加氫以及氨基氧化[52]，去除以前兩條途徑為主。甲氧芐啶在小球藻和雨生紅球藻等微藻內(nèi)的降解途徑先后經(jīng)歷羥基化、去甲基和氧化、羥基化、環(huán)的斷開(kāi)以及去甲基和氧化，再經(jīng)過(guò)鍵的斷開(kāi)和羥基化形成降解產(chǎn)物[50]。

3.2.2 胞外降解

微藻會(huì)分泌成分復(fù)雜的EPS 到外部環(huán)境，EPS的主要成分包括多糖、蛋白質(zhì)和脂類(lèi)等[53]，而且EPS 成分復(fù)雜，隨著藻種和培養(yǎng)條件的不同而變化。一方面，EPS可作為水化膜使胞外酶更靠近藻細(xì)胞，進(jìn)而對(duì)抗生素進(jìn)行代謝[1]；另一方面，EPS可作為表面活性劑或乳化劑增強(qiáng)抗生素的生物利用率[1,54]，以供后續(xù)微藻將胞外的抗生素通過(guò)細(xì)胞壁運(yùn)輸?shù)轿⒃寮?xì)胞內(nèi)，在胞內(nèi)對(duì)抗生素進(jìn)行分解。目前，胞外降解的研究較少。

3.3 生物累積

生物累積是微藻將抗生素儲(chǔ)存在體內(nèi)，但是并未降解。一種是微藻缺乏足夠降解該抗生素的酶，一種是酶對(duì)該抗生素的降解能力有限，導(dǎo)致抗生素在微藻胞內(nèi)累積。生物累積在抗生素去除中的貢獻(xiàn)一般較小，比如磺胺美拉嗪、磺胺甲唑及磺胺單甲氧嘧啶在雨生紅球藻、羊角月牙藻和四尾柵藻中生物累積的貢獻(xiàn)只占2%～3%，而在小球藻中也只有4%～5%[50]?？股卦谖⒃鍍?nèi)的生物累積也與其疏水性有關(guān)，如果疏水性用n-正庚醇-水分配系數(shù)（lgKow）表示，抗生素的lgKow越高，生物表面吸附和生物累積的趨勢(shì)越大[50,55]。生物累積和生物表面吸附也可以用不同方法定量分析。生物累積和生物吸附主要有以下區(qū)別：①生物累積發(fā)生在微藻細(xì)胞內(nèi)，而生物表面吸附發(fā)生在胞外[55]；②活細(xì)胞才能進(jìn)行生物累積[48]。生物累積是微藻去除親脂性藥物的一個(gè)重要的機(jī)制，但是不同的藻種間存在差異。某些抗生素在細(xì)胞內(nèi)的積聚可能引起活性氧（ROS）的產(chǎn)生，ROS對(duì)微藻細(xì)胞有雙重影響，當(dāng)ROS 在常規(guī)水平的情況下，能作為信號(hào)分子控制代謝，若ROS 過(guò)量，則會(huì)對(duì)微藻合成的色素、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)或DNA 造成損害最終導(dǎo)致微藻死亡[1]，所以，微藻只能處理一定濃度的抗生素。

3.4 光合降解

光合降解包括直接光合降解和間接光合降解。直接光合降解是某些抗生素由于暴露在光下而發(fā)生的直接分解，而間接光合降解是由于光存在而使微藻產(chǎn)生一些活性物質(zhì)，進(jìn)而對(duì)抗生素進(jìn)行降解[55]。Norvill 等[56]用微藻去除廢水中四環(huán)素，監(jiān)測(cè)四環(huán)素在1天（光暗周期）中濃度變化，發(fā)現(xiàn)間接光合降解占優(yōu)勢(shì)地位。Bai 等[57]處理含二氯苯氧氯酚（TCS）廢水，發(fā)現(xiàn)在不加藻的情況下，7天內(nèi)直接光合降解占比達(dá)到了63%～100%。一般來(lái)說(shuō)，光在生物反應(yīng)器中存在較強(qiáng)的光衰減。因此，光合降解在空間上隨著光衰減逐步降低。光合降解與抗生素種類(lèi)、光生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)和光照時(shí)間等密切相關(guān)。環(huán)丙沙星存在光合降解，白天以光合降解為主，夜晚以生物表面吸附為主[58]。對(duì)環(huán)丙沙星來(lái)說(shuō)，微藻快速生長(zhǎng)獲得足夠的生物量，通過(guò)生物表面吸附去除環(huán)丙沙星。

3.5 水解和揮發(fā)

部分抗生素在水中不穩(wěn)定，會(huì)產(chǎn)生水解。考察其水解效果可以更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)微藻在抗生素去除中的作用。無(wú)論是水解還是揮發(fā)，都和抗生素本身的物化性質(zhì)和操作條件（如溫度、攪拌、pH 等）有關(guān)[48,55]。

微藻去除抗生素是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，經(jīng)常是多種機(jī)制都在發(fā)揮作用（見(jiàn)圖2）。不同的藻種去除特定抗生素的機(jī)制也存在差異。小球藻去除7-氨基頭孢烷酸（7-ACA）的能力優(yōu)于衣藻和麥可屬藻[59]。其中，小球藻表面吸附量最大可達(dá)4.74mg/g，光解和水解在抗生素的去除中發(fā)揮了重要作用，無(wú)光、無(wú)CO2的條件下7-ACA的去除率在75%。磺胺甲唑幾乎沒(méi)有水解和光解，主要靠衣藻的降解，水解、光解和生物降解在去除四環(huán)素中約各占50%、20%和30%[52]。微藻去除抗生素的機(jī)制研究需要從分子和生化等層面綜合分析，已經(jīng)初步探索了甲氧芐啶和磺胺甲唑等抗生素的部分降解途徑，但是對(duì)抗生素在微藻體內(nèi)的完整降解途徑還所知甚少[50,60]。生物表面吸附是較為快速的過(guò)程（小于1h），而生物累積和降解消耗時(shí)間較長(zhǎng)[50,61]。這就需要考察微藻去除抗生素的動(dòng)力學(xué)過(guò)程中各種機(jī)制的貢獻(xiàn)。

圖2 阿莫西林降解機(jī)制

4 微藻處理的工藝條件

利用微藻去除抗生素，需要根據(jù)抗生素的種類(lèi)及濃度選擇適合的藻種，并優(yōu)化培養(yǎng)條件。

4.1 藻種的選擇

總體來(lái)說(shuō)，選擇的藻種要能耐受含抗生素廢水的環(huán)境脅迫，并快速生長(zhǎng)。微藻的快速生長(zhǎng)將獲得足夠的生物量進(jìn)行抗生素的吸附、降解和累積?？股氐娜コ懈叨鹊脑宸N特異性。Liu 等[62]認(rèn)為磺胺類(lèi)、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素比四環(huán)素類(lèi)及喹諾酮類(lèi)抗生素更難去除；陳輝等[63]認(rèn)為大環(huán)內(nèi)脂類(lèi)抗生素作為蛋白質(zhì)抑制劑對(duì)真核微藻有更強(qiáng)的毒性作用；Song 等[64]用小球藻去除氯霉素衍生物——甲砜霉素，低濃度（46mg/L）去除效果最佳，去除效率為95%，并且主要是生物降解的貢獻(xiàn)；高濃度（159mg/L）去除效率僅為75%，其中生物表面吸附和生物累積的貢獻(xiàn)小于3%。Xie等[52]發(fā)現(xiàn)衣藻可以完全去除四環(huán)素，但是對(duì)低濃度磺胺甲唑（1mg/L）的去除率也僅有20%（見(jiàn)表2）。綠藻和藍(lán)藻在水生態(tài)食物鏈中是重要的一部分。已經(jīng)報(bào)道的可以去除抗生素的藻種包括小球藻（Chlorellasp.）、柵藻（Scenedesmussp.）、微擬球藻（Nannochlorissp.）、衣藻（Chlamydomonassp.）、聚球藻（Synechococcussp.）等（見(jiàn)表2）。相對(duì)綠藻來(lái)說(shuō)，多數(shù)藍(lán)藻不能耐受高濃度抗生素[69]，所以藍(lán)藻去除抗生素的研究較少。

4.2 培養(yǎng)條件的影響

抗生素去除與微藻生長(zhǎng)密切相關(guān)。微藻的生長(zhǎng)會(huì)受到光暗循環(huán)、pH、光強(qiáng)、CO2濃度、鹽度、攪拌速率、營(yíng)養(yǎng)物添加以及水力停留時(shí)間等條件的影響。因此，這些因素也影響了微藻去除抗生素的效率。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)優(yōu)化的培養(yǎng)條件，在室外大規(guī)模培養(yǎng)及含抗生素廢水處理中未必適合。因?yàn)榘囟?、光?qiáng)等這些關(guān)鍵培養(yǎng)條件在一天中也會(huì)產(chǎn)生較大的變化。需要在中試中調(diào)整相關(guān)參數(shù)，為大規(guī)模反應(yīng)器參考。在室外培養(yǎng)過(guò)程中，水力停留時(shí)間是關(guān)鍵的參數(shù)之一[43]。對(duì)100μg/L 四環(huán)素，水力停留時(shí)間4天去除效率超過(guò)93%，如果水力停留時(shí)間增加到7 天，去除效率可以超過(guò)99%[56]。即使水力停留時(shí)間分別為1 天或2 天，小球藻在生物膜-膜光生物反應(yīng)器中去除磺胺嘧啶、磺胺二甲基嘧啶以及磺胺甲唑的效率在50%～82.1%[70]。四環(huán)素等在有光和無(wú)光條件的去除機(jī)制是不同的[54]，光暗循環(huán)也是影響微藻生長(zhǎng)的重要培養(yǎng)條件之一，需要對(duì)光暗循環(huán)進(jìn)行優(yōu)化。

光生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)決定了微藻規(guī)?；囵B(yǎng)及抗生素去除的效率。綜合考慮廢水在實(shí)際應(yīng)用情況中的問(wèn)題，如總體成本、廢水量及建造問(wèn)題等，開(kāi)放式培養(yǎng)系統(tǒng)仍是微藻培養(yǎng)和廢水處理的主流選擇[71-72]。目前也有一些室外光生物反應(yīng)器去除廢水中抗生素的報(bào)道。Norvil等[56]用180L室外高效藻類(lèi)塘（HRAP）處理含四環(huán)素的生活廢水，雖然環(huán)境最高溫度在25.9～32.4℃之間變化，采取水力停留時(shí)間7 天或4 天，分4 個(gè)階段從5 月穩(wěn)定運(yùn)行到9月，可將廢水中100μg/L 四環(huán)素降低到10μg/L 以下。López-Serna 等[43]用兩個(gè)3L 開(kāi)放式光合反應(yīng)器處理獸用抗生素，對(duì)強(qiáng)力霉素和土霉素可以達(dá)到93%～95%的去除率，但是無(wú)法去除達(dá)諾沙星、磺胺二甲嘧啶和馬博沙星。Hom-Diaz 等[58]用1L 的HRAP處理在生活廢水中添加的環(huán)丙沙星，當(dāng)環(huán)丙沙星濃度達(dá)到2mg/L時(shí)，也可以部分去除。如果用1200L多管式反應(yīng)器處理衛(wèi)生間廢水，在9～12月間采用8 天或12 天的水力停留時(shí)間，分兩個(gè)階段運(yùn)行，抗生素的去除效果見(jiàn)表3。還需要更多的室外中試數(shù)據(jù)，考察微藻去除含抗生素廢水的技術(shù)可行性和長(zhǎng)期操作的穩(wěn)定性，并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。

表2 微藻處理抗生素的參數(shù)及去除效果

微藻生長(zhǎng)需要氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，除了在BG11等培養(yǎng)基中的探索性實(shí)驗(yàn)，也有部分用含抗生素廢水或用廢水出水+抗生素的研究（見(jiàn)表3）。微藻處理含抗生素廢水的研究還需要和其他過(guò)程集成，將廢水中的主要指標(biāo)降低到可以被微藻利用的水平，使微藻既去除氮、磷等污染物，也去除抗生素。

表3 微藻處理抗生素的參數(shù)及去除效果

5 結(jié)語(yǔ)

微藻生物技術(shù)是處理含抗生素廢水的可能途徑之一。光合自養(yǎng)型的微藻能利用廢水中的污染物，能量來(lái)源于太陽(yáng)光；同時(shí)，微藻在降解抗生素等污染物的同時(shí)還能產(chǎn)生生物燃料等高附加值產(chǎn)品。然而，用微藻去除抗生素的研究還處于初期階段，存在如下問(wèn)題：①微藻對(duì)實(shí)際廢水中的抗生素還無(wú)法做到完全去除；②對(duì)抗生素降解過(guò)程中的中間產(chǎn)物尚不明了；③缺乏規(guī)?；瘧?yīng)用及經(jīng)濟(jì)性分析。原因在于實(shí)際含抗生素廢水成分復(fù)雜與水質(zhì)波動(dòng)。我國(guó)幅員遼闊，氣候和水資源差異顯著。溫度和水資源等條件制約著微藻培養(yǎng)和含抗生素廢水處理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

針對(duì)微藻處理含抗生素廢水的上述問(wèn)題，還需要開(kāi)展以下工作。

（1）可以篩選對(duì)目標(biāo)抗生素去除能力強(qiáng)的微藻，結(jié)合化學(xué)、物理和生物方法，發(fā)揮各自?xún)?yōu)勢(shì)，達(dá)到去除要求。生物法中可以通過(guò)菌藻協(xié)同作用提高抗生素降解效率。需要根據(jù)抗生素降解需要，選擇合適的藻種和菌種，優(yōu)化降解條件，明確菌藻之間的相互作用關(guān)系。

（2）通過(guò)組學(xué)數(shù)據(jù)等探索抗生素降解機(jī)制，綜合分析包括水解和光合降解在內(nèi)的抗生素降解產(chǎn)物。相對(duì)大腸桿菌和釀酒酵母等工業(yè)微生物，微藻的基因組信息還不多。需要結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)及代謝組等組學(xué)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析微藻中的抗生素降解途徑，確認(rèn)關(guān)鍵降解酶的作用及其分子機(jī)制，對(duì)有潛在危害的化合物進(jìn)行監(jiān)控和去除。

（3）針對(duì)實(shí)際廢水，選擇工藝并優(yōu)化條件。目前的研究多數(shù)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，以去除單一抗生素為主。環(huán)境水體中抗生素的種類(lèi)多，復(fù)合抗生素對(duì)藻的抑制作用可能更加明顯。需要合理選擇操作模式、反應(yīng)器形式和培養(yǎng)條件。一般來(lái)說(shuō)，面源污染中抗生素濃度低，但是微藻培養(yǎng)時(shí)間長(zhǎng)，需要解決其水力停留時(shí)間問(wèn)題。點(diǎn)源污染中抗生素濃度較高。先從較好處理的含抗生素農(nóng)業(yè)廢水等做起，積累中試數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的規(guī)?；瘧?yīng)用打下基礎(chǔ)。