医院废水里残留的抗生素、养殖污水中未代谢的兽药、制药厂排出的高浓度药物……这些废水中的环丙沙星（CIP），正成为污水处理系统的“隐形杀手”。这种广谱抗生素会抑制细菌DNA复制，让负责脱氮的硝化菌、反硝化菌“罢工”，导致污水脱氮效率暴跌。但近日，大连理工大学团队找到一种“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“抗生素危机”：关键微生物被“精准打击”

同步硝化反硝化（SND）是污水处理中常用的高效脱氮工艺——它能在一个反应器里同时完成“氨氮变硝酸盐”（硝化）和“硝酸盐变氮气”（反硝化），既省空间又省能耗。但问题在于，废水中的CIP会“精准打击”参与这一过程的微生物：它像一把“分子剪刀”，切断细菌DNA复制的关键酶，导致硝化菌、反硝化菌活性下降甚至死亡。实验显示，传统载体填充的SND系统，当CIP浓度超过28.77 mg/L时，脱氮效率会被抑制50%（半抑制浓度IC50），系统面临“崩溃”风险。

改性载体：给微生物“穿防护衣”+“配解毒工具”

为破解这一难题，团队在传统高密度聚乙烯（HDPE）载体中加入沸石等材料，制成“改性载体”。这种载体有两大“抗药秘籍”：
一是“防护衣”策略：改性载体表面更易形成厚实的生物膜，微生物会分泌更多胞外聚合物（EPS，类似“黏液层”）。这些EPS像“海绵”一样吸附CIP，减少其直接接触微生物；实验中，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。实验显示，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下脱氮效率“稳如泰山”

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）更验证了其优势：

• 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——即使面对高浓度CIP，脱氮功能依然“在线”。

未来：抗药性提升与环境风险的平衡

团队提醒，改性载体虽提升了系统抗药性，但抗药基因（ARGs）的增加可能带来新问题：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”风险。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，让污水处理系统既“扛得住”抗生素，又“管得住”基因风险。

来源: FESE Message