医院废水、养殖污水、制药厂排水……这些废水中常含有残留的抗生素。以常用抗生素环丙沙星（CIP）为例，它能抑制细菌DNA复制，对污水处理中的关键微生物（如硝化菌、反硝化菌）是“致命威胁”。传统污水处理系统遇到高浓度CIP时，脱氮效率可能暴跌——但近日，大连理工大学团队发现一种“改性载体”，能让污水处理系统的抗药性提升27%，在高浓度CIP下仍保持稳定脱氮。相关成果发表于《Frontiers of Environmental Science & Engineering》。

污水处理的“抗生素之困”：微生物被“精准打击”

同步硝化反硝化（SND）是一种高效脱氮工艺，能在同一反应器内同时完成氨氮氧化（硝化）和硝酸盐还原（反硝化），节省能耗和空间。但麻烦的是，废水中的CIP会“精准打击”参与脱氮的微生物：它抑制细菌DNA复制，导致硝化菌（负责把氨氮变硝酸盐）和反硝化菌（负责把硝酸盐变氮气）活性下降，甚至死亡。实验显示，当CIP浓度超过28.77 mg/L时，传统载体填充的SND系统脱氮效率会被抑制50%（半抑制浓度IC50）。

改性载体：给微生物“穿防护衣”+“配解毒工具”

团队研发的“改性载体”，在传统高密度聚乙烯（HDPE）载体中加入了沸石等材料。这种设计有两大“抗药秘籍”：
一是“防护衣”策略：载体表面更易形成厚实的生物膜，微生物分泌的胞外聚合物（EPS，类似“黏液层”）更多。EPS能像“海绵”一样吸附CIP，减少其直接接触微生物；实验显示，改性载体表面的EPS量比传统载体高30%以上，吸附的CIP更多，微生物受毒性影响更小。
二是“解毒工具”升级：改性载体促进了抗药基因（如qepA、qnrB/C）的表达。qepA基因编码的“外排泵”能把进入细菌的CIP“泵”出去；qnrB/C基因编码的蛋白能与CIP的作用靶点（DNA旋转酶）结合，阻止CIP破坏DNA。实验中，改性载体系统的抗药基因拷贝数比传统载体高1-2倍，相当于给微生物“配了更强的解毒工具”。

实验验证：高浓度CIP下仍“扛得住”

短期实验中，改性载体系统的IC50达到36.54 mg/L（传统载体28.77 mg/L），抗药性提升27%。长期运行（120天，CIP浓度从0.5 μg/L逐步升至3000 μg/L）中，当CIP浓度高达3000 μg/L时：

• 传统活性污泥系统的总氮去除率从73.13%暴跌至48.74%；
• 传统载体系统降至65.42%；
• 改性载体系统仍保持73.27%，几乎与初始状态持平。

关键酶活性（如负责硝化的氨单加氧酶AMO、反硝化的硝酸盐还原酶NAR）在改性载体系统中受抑制程度更小，微生物群落结构更稳定——这意味着，即使面对高浓度CIP，改性载体系统的脱氮功能依然“在线”。

未来：平衡抗药性与环境风险

团队指出，改性载体虽提升了系统抗药性，但抗药基因（ARGs）的增加可能带来环境风险——这些基因可能通过水平转移扩散到其他细菌，加剧“超级细菌”问题。未来需进一步优化载体设计，在提升抗药性的同时，减少ARGs的传播风险。

来源: FESE Message