抗生素残留效价在废水生物处理系统中的微生物生态效应与调控原理研究

发酵类抗生素生产废水中残留抗生素及相关物质（残留效价）含量高，对废水生物处理系统微生物群落结构以及废水处理效果影响显著。本研究以产量大、难降解的土霉素和红霉素两种典型抗生素生产废水为研究对象，建立废水中抗生素残留效价测定方法，综合利用分子生态学、分离培养、仪器分析和效价测定手段，探讨不同抗生素残留效价水平对厌氧和好氧生物处理效果和微生物群落结构的影响，阐明细菌、真菌、古细菌和功能微生物种群演替规律。在此基础上，研究有效的残留效价消减技术，构建基于残留效价、COD和氨氮控制的抗生素废水处理组合工艺，为实现抗生素生产废水处理稳定达标，控制废水残留效价排放导致的环境危害提供科学依据。

发酵类抗生素生产废水中残留抗生素及相关物质（残留效价）含量高，对废水生物处理系统微生物群落结构以及废水处理效果影响显著。本研究以产量大、难降解的土霉素、螺旋霉素等典型抗生素生产废水为研究对象，首先建立废水中抗生素残留效价测定方法，并应用于实际废水残留效价检测，发现螺旋霉素废水的螺旋霉素效价当量显著高于其测定浓度，中间产物新螺旋霉素贡献废水残留效价的13.15-22.89%。综合利用分子生态学、分离培养、仪器分析和效价测定手段，探讨不同抗生素残留效价水平对厌氧和好氧生物处理效果和真菌、古细菌和细菌微生物群落结构的影响；发现在抗生素生产废水处理系统中，随着废水土霉素效价的增高，细菌抗性基因（例如土霉素抗性基因-tet）相对丰度也显著升高， I型整合子所携带的抗性基因盒的多样性增加；真菌的碳降解基因和土霉素的残留效价呈正相关(P < 0.05)，表明真菌可能与具有抗性的细菌协同发挥碳降解作用而保持系统的稳定性和正常的运行效果；废水中高螺旋霉素会导致活性污泥系统中高丰度的氨氧化古细菌，Arch-amoA基因在螺旋霉素生产废水活性污泥中相对丰度最高，古细菌与细菌amoA基因的比例（Arch-amoA/amoA）分别为1.49×10-1-5.30，而对照城市污水厂污泥中则没有检出，表明氨氧化古菌可能在抗生素生产废水活性污泥的氨氧化中起到重要的作用；建立实验室模拟系统对细菌、真菌、氨氧化微生物对抗生素的响应进行研究来验证上述野外实验结果。在此基础上，构建抗生素生产母液的残留效价源头控制和酵母菌预处理抗生素废水处理技术；通过臭氧抗生素效价源头控制技术消减废水中土霉素效价从而减少后续生物处理细菌抗性基因的产生和排放；通过构建复合酵母菌群开发酵母菌预处理技术，在有效去除母液中的COD和油的同时，由于酵母菌不产生抗性基因，也能够减少抗性基因的产生和排放；通过在现场酵母菌处理小试和中试优化运行参数，该技术在无锡某制药厂进行了日处理量1200 m3抗生素废水处理示范工程应用。上述研究为实现抗生素生产废水处理稳定达标，控制废水残留效价排放导致的环境危害提供科学依据。