一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法

本申请涉及污水处理，具体而言，涉及一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法。

背景技术：

1、长期以来，由于能够抑制或杀死细菌，抗生素被广泛用于治疗人类和动物的细菌性疾病。然而，生物体只能吸收和代谢少量抗生素，大部分摄入的抗生素会通过尿液或粪便进入水生环境。目前在市政、医院、牲畜和制药废水中检测到抗生素浓度从ng/l单位到mg/l单位不等。2022年12月，生态环境部发布《重点管控新污染物清单(2023年版)》，将抗生素列入其中，严格管控和治理抗生素。其中，氟喹诺酮类药物抗菌谱广，抗菌活性强被广泛使用；尤其是环丙沙星，作为第三代氟喹诺酮类药物，在一些制药废水中检测到其浓度明显高于其他多种抗生素，约为0.8mg/l～19.6mg/l。

2、目前关于废水中环丙沙星等氟喹诺酮类抗生素的处理主要包括吸附法、高级氧化法和生物法。其中，吸附法采用多孔材料作为吸附剂，通过多孔材料吸附抗生素实现废水处理；但是，吸附过程中，吸附剂容易饱和，而且，吸附剂不仅会吸附抗生素，还会吸附废水中其他物质，因此需要大量的吸附剂，同时，吸附剂的再生也是一个限制其应用的难题。高级氧化法主要包括芬顿法及改性芬顿法，活化过硫酸盐、光电催化等，药剂、能耗和设备成本较高，且会产生后续污染问题。生物法通过厌氧消化进行污染物处理，该厌氧消化是一种污水处理的可持续发展技术，具有污泥产量低、能耗低和沼气产量高等优点，在污水处理厂中占有重要地位。

3、然而，多种研究表明，废水中氟喹诺酮类抗生素会破坏厌氧系统的稳定性，影响甲烷产生和碳源回收，严重制约了厌氧消化的减污降碳。

技术实现思路

1、申请人研究发现，废水中氟喹诺酮类抗生素会破坏厌氧系统的稳定性而影响甲烷产生和碳源回收的原因，在于氟喹诺酮类抗生素作为一种抗生素本身具有抑菌的作用，这会损伤厌氧消化系统中功能微生物，影响其正常生长代谢活动，进而使得厌氧系统中出现酸积累和抑制、甲烷产率和产量低的问题，从而严重制约了厌氧消化的减污降碳。

2、在一些技术方案中，通过在抗生素污水中加入纳米铁碳复合材料，有效地改善了抗生素对厌氧消化的抑制作用。但是，该方法通常需要使用液相还原法还原铁盐生成纳米零价铁，需要使用腐蚀性强易制爆的还原剂硼氢化钠，且制备过程中必须保持无氧环境。

3、而且，申请人研究发现，在加入纳米铁碳复合材料的技术方案中，如果出现投加量过量的情况，引入的纳米颗粒会对微生物造成额外的氧化还原压力，会使得甲烷的产量和抗生素的去除率上限受限。

4、导电材料在一般环境下的厌氧消化中的促进作用被广泛认可，但是，也通常认为抗生素污染物会对其产生胁迫，因此，此前尚未明确其是否能够在抗生素胁迫环境下有效缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用。

5、而申请人经过进一步的研究发现，在采用活性污泥法对氟喹诺酮类抗生素污水进行厌氧消化的待处理体系中，单独地添加未复合的生物炭，能够有效缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用，可以有效提高厌氧消化速率，能有效提高甲烷的产量和抗生素的去除率。

6、基于以上研究发现，本申请的目的在于提供一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，能有效缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用，能有效提高甲烷的产量和抗生素的去除率，且药剂成本低、设备和操作要求低。

7、本申请的实施例是这样实现的：

8、本申请实施例提供一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，包括：在采用活性污泥法对氟喹诺酮类抗生素污水进行厌氧消化的待处理体系中，添加未复合的生物炭。

9、本申请实施例提供的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，在待处理体系中添加未复合的生物炭，至少具备以下有益效果：

10、1、能够通过生物炭有效缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用，能有效提高甲烷的产量和抗生素的去除率。

11、2、采用厌氧消化的生物法，和吸附法、高级氧化法相比，不仅能够有效去除抗生素，还能够产生并回收大量的甲烷气体，具有污染物去除和沼气回收的双重突出优势；无需对废水预处理，操作简单、耐毒性、占地面积小、经济高效。

12、3、直接采用未复合的生物炭，和纳米铁碳复合材料相比，一方面，材料无需预处理，药剂投加成本低，设备和操作要求低，经济高效，有利于实际工程应用；另一方面，其改善效果不仅没有因为省略了纳米零价铁受到影响，反而因为避免了微生物内较高的活性氧压力，有利于进一步提高甲烷的产量和抗生素的去除率。

13、在一些实施方案中，在氟喹诺酮类抗生素污水中，氟喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、莫西沙星和洛美沙星中的至少一种。

14、在一些实施方案中，进行厌氧消化前，在氟喹诺酮类抗生素污水中，氟喹诺酮类抗生素的浓度为nd～19.6mg/l。

15、在一些实施方案中，进行厌氧消化前，在氟喹诺酮类抗生素污水中，氟喹诺酮类抗生素的浓度为9mg/l～11mg/l。

16、在一些实施方案中，生物炭的添加重量为x1，氟喹诺酮类抗生素污水的体积为x2，其中，5g/l≤x1/x2≤20g/l。

17、在一些实施方案中，5g/l≤x1/x2≤10g/l。

18、在一些实施方案中，10g/l≤x1/x2≤20g/l。

19、在一些实施方案中，未复合的生物炭包括玉米秸秆生物炭。

20、在一些实施方案中，氟喹诺酮类抗生素污水的体积为x2，待处理体系中活性污泥的添加体积为x3，2≤x2/x3≤4。

21、在一些实施方案中，满足以下条件(a1)和(a2)中的至少一项；(a1)氟喹诺酮类抗生素污水和/或待处理体系中活性污泥的ph值为6.4～7.8；(a2)添加未复合的生物炭之后，将待处理体系在36℃～38℃的温度条件下进行厌氧消化。

技术特征：

1.一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，在所述氟喹诺酮类抗生素污水中，氟喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、诺氟沙星、左氧氟沙星、氧氟沙星、莫西沙星和洛美沙星中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，进行所述厌氧消化前，在所述氟喹诺酮类抗生素污水中，所述氟喹诺酮类抗生素的浓度为nd～19.6mg/l。

4.根据权利要求3所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，进行所述厌氧消化前，在所述氟喹诺酮类抗生素污水中，所述氟喹诺酮类抗生素的浓度为9mg/l～11mg/l。

5.根据权利要求1所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，所述生物炭的添加重量为x1，所述氟喹诺酮类抗生素污水的体积为x2，其中，5g/l≤x1/x2≤20g/l。

6.根据权利要求5所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，5g/l≤x1/x2≤10g/l。

7.根据权利要求5所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，10g/l≤x1/x2≤20g/l。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，所述未复合的生物炭包括玉米秸秆生物炭。

9.根据权利要求1～7中任一项所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，所述氟喹诺酮类抗生素污水的体积为x2，所述待处理体系中活性污泥的添加体积为x3，2≤x2/x3≤4。

10.根据权利要求1～7中任一项所述的缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，其特征在于，满足以下条件(a1)和(a2)中的至少一项；

技术总结
本申请提供一种缓解氟喹诺酮类抗生素对厌氧消化抑制作用的方法，属于污水处理技术领域。该方法包括：在采用活性污泥法对氟喹诺酮类抗生素污水进行厌氧消化的待处理体系中，添加未复合的生物炭。该方法通过添加未复合的生物炭，能有效缓解抗生素对厌氧消化的抑制作用，能有效提高甲烷的产量和抗生素的去除率，且药剂成本低、设备和操作要求低。

技术研发人员：刘敏,姚冰,陈滢
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15