人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法

本发明涉及废水处理，具体涉及一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法。

背景技术：

1、海水养殖在中国水产养殖业中起着至关重要的作用，2019年，中国海水养殖总产量达到2065.3万吨，海水养殖面积199.2万公顷，年产量和养殖面积均居世界第一。近年来，磺胺类抗生素在海水养殖废水中频繁检出，海水养殖废水中的兽药抗生素污染问题日益得到关注。其中磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑在鱼类生长期被大量施用，在广东沿海的水产养殖场中检出率为85％～100％；在中国东南部的海水养殖场中七种常用磺胺类的检出率均为100％，总浓度高达62～374ng/l。除了添加常见的饲料和兽用药物导致废水中有机物、氮、磷含量超标，为满足不同海水养殖物种的需求，还会产生不同盐度水平的海水养殖废水。海水养殖废水中的盐离子会导致生物细胞和大多数细菌产生高渗透压，限制生物技术的应用。因此，由于磺胺类的抗降解性，和实际条件下海水养殖废水的复杂性，人工湿地对含抗生素海水养殖废水的适应性去除研究仍是一个挑战。

2、潮汐流人工湿地(cws)在过去十年中是人工湿地领域最重要的发展之一，显著提高了处理性能，特别是通过“填充/湿”阶段和“排水/干燥”阶段的规律(即好/厌氧交替)循环显著提高再氧化效率，能够有效提高有机污染物和营养物的去除效率。根据前期研究，某些特定的基质、植物和水力保留时间条件可能通过决定人工湿地中的氧浓度和氧化还原条件来改变优势微生物和功能微生物，从而促进人工湿地对含磺胺类抗生素水产养殖废水的净化。此外，高盐度可能会抑制相关降解功能菌而阻碍磺胺甲恶唑的去除。liang等发现，水平潜流人工湿地处理含盐废水时，磺胺甲恶唑在25‰盐度下的去除效率(46％)低于6‰～13‰盐度下的(72％)。然而，关于潮汐流人工湿地去除含盐废水中磺胺类抗生素的性能尚未得到很好的评估，特别是考虑到废水的特性。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，本发明构建了以沸石为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为8‰的人工湿地，将人工合成海水养殖废水通入人工湿地中达到对磺胺类抗生素进行去除的目的。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除优化方法，包括以下步骤：

4、设计以沸石为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为8‰的人工湿地，将养殖废水通入人工湿地中，通过沸石降低海水养殖废水中的盐碱度，黄菖蒲根系泌氧作用提高do和orp值，8‰的盐度保持微生物的多样性，使氧化胁迫耐受性较好的好氧菌群形成生物膜，从而促进磺胺类的好氧生物降解，进而达到对养殖废水中磺胺类抗生素的去除。

5、优选的，所述养殖废水中物化参数条件为：水温为20.2～26.4℃的温暖条件、ph为8.04～8.47的弱碱性条件、溶解氧为5.6～7.2mg/l的好氧条件和氧化还原电位为102～240mv的还原性条件。

6、优选的，所述养殖废水中营养物参数为：cod、nh4+-n、tn和tp的浓度分别为202～363mg/l、0.260～0.936mg/l、0.576～1.506mg/l和0.740～1.280mg/l。

7、优选的，所述磺胺类抗生素为磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺嘧啶和磺胺二甲嘧啶。

8、优选的，所述养殖废水中磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑浓度分别为11.65～19.92mg/l、3.73～12.91mg/l、6.78～10.94mg/l和7.21～11.13mg/l。

9、优选的，所述人工湿地为潮汐流人工湿地。

10、优选的，人工湿地在搭建完成后先开始预运行与植物维稳，然后再通入废水。

11、优选的，所述人工湿地通过以下方法优化得到：

12、(1)利用三因素三水平的正交试验设计，设置珊瑚砂、砾石和沸石三种基质，芦苇、美人蕉和黄菖蒲三种植物，4‰、8‰和12‰三种盐度水平共构成九个不同组合的人工湿地；

13、(2)将养殖废水通入人工湿地中，采集每个周期的进出水水样，对养殖废水中物化参数、营养物参数和抗生素浓度进行测定，进而优化得到人工湿地的最佳工艺参数为以沸石为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为8‰的人工湿地。

14、优选的，步骤(1)中所述沸石的粒径为13～16mm，孔隙度为52.2％。珊瑚砂的粒径为12～13mm，孔隙度为71.7％，砾石的粒径为15～16mm，孔隙度为49.1％。

15、优选的，步骤(2)将养殖废水通入人工湿地的方法为：人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为三天，其中，两天为潮湿阶段，人工湿地进水后布满人工合成废水，系统处于淹水阶段，一天为干燥状态，人工湿地中的废水被全部排出，基质和植物暴露在空气中，系统处于富氧状态，整个周期重复10次。

16、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

17、1、本发明通过构建以沸石为基质、黄菖蒲为植物、盐度水平为8‰的潮汐流人工湿地，对磺胺类抗生素进行去除，利用离子交换能力较好的沸石对ph的中和作用较好，氧化耐受性较强的黄菖蒲能够形成稳定的生物膜，8‰的盐度水平有利于保持微生物的多样性，这些条件同时能够提高系统中的do和orp值，有利于好氧菌群的富集，从而促进磺胺类的好氧降解，对含抗生素海水养殖废水的调控净化具有良好的作用。

18、2、本发明的人工湿地能够有效去除海水养殖废水中的部分营养物(cod和tp的去除率分别为74％～84％和55％～82％)，而对不同抗生素的去除效果各不相同，依次为磺胺甲恶唑(59％～92％)>磺胺间甲氧嘧啶(38％～97％)>磺胺嘧啶(30％～94％)>磺胺二甲嘧啶(34％～92％)>甲氧苄啶(-88％～7％)，在盐度胁迫下，人工湿地系统中基质的离子交换能力、植物的氧化胁迫耐受性、盐度的大小，各自影响着系统中的ph和电导率、溶解氧和氧化还原电位、微生物的多样性和群落结构，从而决定微生物的功能表型(如好氧/厌氧型、生物膜形成和氧化胁迫耐受性)，对抗生素的生物降解起到非常重要的作用。本发明中，环境因子-微生物-抗生素的相互关系可表示为，通过沸石降低海水养殖废水中的盐碱度，黄菖蒲根系泌氧作用提高溶解氧和氧化还原电位值，适中的盐度保持微生物的多样性，使氧化胁迫耐受性较好的好氧菌群(例如enterobacter和sulfuritalea)形成生物膜，从而促进磺胺类的好氧生物降解；而甲氧苄啶的主要去除途径为厌氧降解，在盐度胁迫下其降解功能菌的活性受限而得不到有效的去除。

技术特征：

1.一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述养殖废水中物化参数条件为：水温为20.2～26.4℃的温暖条件、ph为8.04～8.47的弱碱性条件、溶解氧为5.6～7.2mg/l的好氧条件和氧化还原电位为102～240mv的还原性条件。

3.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述养殖废水中营养物参数为：cod、nh4+-n、tn和tp的浓度分别为202～363mg/l、0.260～0.936mg/l、0.576～1.506mg/l和0.740～1.280mg/l。

4.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述磺胺类抗生素为磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺嘧啶和磺胺二甲嘧啶。

5.根据权利要求4所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述养殖废水中磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑浓度分别为11.65～19.92mg/l、3.73～12.91mg/l、6.78～10.94mg/l和7.21～11.13mg/l。

6.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述人工湿地为潮汐流人工湿地。

7.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，人工湿地在搭建完成后先预运行与植物维稳，然后再通入废水。

8.根据权利要求1所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，所述人工湿地通过以下方法优化得到：

9.根据权利要求8所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，步骤(1)中所述沸石的粒径为13～16mm，孔隙度为52.2％，珊瑚砂的粒径为12～13mm，孔隙度为71.7％，砾石的粒径为15～16mm，孔隙度为49.1％。

10.根据权利要求8所述的人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，其特征在于，步骤(2)将养殖废水通入人工湿地的方法为：人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为三天，其中，两天为潮湿阶段，人工湿地进水后布满人工合成废水，系统处于淹水阶段，一天为干燥状态，人工湿地中的废水被全部排出，基质和植物暴露在空气中，系统处于富氧状态，整个周期重复10次。

技术总结
本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，利用正交实验设计了三种基质、三种植物和三个盐度水平，构建了九个不同组合的人工湿地，对模拟海水养殖废水中磺胺类抗生素进行深度净化，通过评价不同组合的人工湿地对海水养殖废水及其抗生素的净化效果，优化人工湿地的关键工艺参数，得到最优的人工湿地组合为：以沸石为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为8‰的人工湿地系统，通过沸石降低海水养殖废水中的盐碱度，黄菖蒲根系泌氧作用提高DO和ORP值，8‰的盐度保持微生物的多样性，使氧化胁迫耐受性较好的好氧菌群形成生物膜，从而促进磺胺类的好氧生物降解，达到对抗生素的最佳去除效果。

技术研发人员：阿丹,邓杨扬,梁园园,杨杰文,刘雯,邹梦遥,李义勇,陈雪晴
受保护的技术使用者：仲恺农业工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16