人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法

技术领域

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。

背景技术

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。

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。

发明内容

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。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

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：

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。

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。

优选的，所述养殖废水中营养物参数为：COD、NH

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。

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。

优选的，所述人工湿地为潮汐流人工湿地。

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。

优选的，所述人工湿地通过以下方法优化得到：

(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；

(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。

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％。

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。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

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。

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。

附图说明

图1为本发明模拟人工湿地处理合成海水养殖废水的示意图(左)和实景图(右)；

图2为本发明人工湿地处理海水养殖废水中抗生素的去除率；

图3为本发明抗生素去除效率与理化参数之间的相关性分析；

图4为本发明人工湿地不同基质类型对物化参数大小和营养物去除效率的差异性(n＝30)，箱型图表示第0、第25、第50、第75和第100个百分位数，圆圈表示平均值，交叉表示离群值，根据方差分析，箱子顶部的不同字母表示在0.05水平上的显著性差异；

图5为本发明人工湿地不同基质类型和植物种类对抗生素去除效率的差异性(n＝30)；

图6为本发明细菌群落、人工湿地和环境因子之间的冗余分析(RDA)(a)；优势菌属的相对丰度与环境因子的相关性热图(b)，*、**和***分别表示在0.05、0.01和0.001水平上的显著性差异。图中的数值表示相应的相关系数/p值，ANPR表示：Allorhizobium-Neorhizobium-Pararhizobium-Rhizobium(根瘤菌)；

图7为本发明单个人工湿地(n＝3)(a)和不同组合的人工湿地(n＝9)(b)中相对丰度前10的微生物群落，三元图的不同点代表不同的物种，点的大小代表三个组合中物种的平均丰度，点的位置由三个组合中物种的相对丰度比决定；

图8为本发明人工湿地不同植物种类和盐度水平对物化参数大小以及营养物去除效率的差异性(n＝30)；

图9为本发明基于Bugbase分析的人工湿地不同植物种类之间的细菌群落功能表型(n＝9)。

具体实施方式

下面结合本发明实施例，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明。

本发明利用正交实验设计了三种基质(珊瑚砂、砾石和沸石)、三种植物(芦苇、美人蕉和黄菖蒲)和三个盐度水平(4‰、8‰和12‰)，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嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺甲恶唑和甲氧苄啶进行深度净化，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。

具体实施过程如下：

选取环境含量较高、且目前中国政府批准用于水产养殖的四种磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺间甲氧嘧啶)和甲氧苄啶(常作为增效剂与磺胺类药合用)作为目标抗生素，其理化性质和化学结构见表1。抗生素标准品购买于国家药品标准物质(中国食品药品检定研究院，中国)。乙腈和冰乙酸(HPLC级)购自上海安谱实验科技股份有限公司(中国)。

表1实验所使用的抗生素的理化性质

利用正交试验设计，即(L(3

实施例1

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以沸石(13-16mm，孔隙度52.2％)为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为8‰的人工湿地CW9；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例1

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以珊瑚砂(12-13mm，孔隙度71.7％)为基质、植物为芦苇、盐度水平为4‰的人工湿地CW1；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例2

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以珊瑚砂(12-13mm，孔隙度71.7％)为基质、植物为美人蕉、盐度水平为8‰的人工湿地CW2；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例3

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以珊瑚砂(12-13mm，孔隙度71.7％)为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为12‰的人工湿地CW3；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例4

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以砾石(15-16mm，孔隙度49.1％)为基质、植物为芦苇、盐度水平为8‰的人工湿地CW4；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例5

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以砾石(15-16mm，孔隙度49.1％)为基质、植物为美人蕉、盐度水平为12‰的人工湿地CW5；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例6

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以砾石(15-16mm，孔隙度49.1％)为基质、植物为黄菖蒲、盐度水平为4‰的人工湿地CW6；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例7

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以沸石(13-16mm，孔隙度52.2％)为基质、植物为芦苇、盐度水平为12‰的人工湿地CW7；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

对比例8

一种人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除方法，包括以下步骤：

(1)构建以沸石(13-16mm，孔隙度52.2％)为基质、植物为美人蕉、盐度水平为4‰的人工湿地CW8；

(2)以自来水、鱼用饲料、含磺胺类兽药和海盐为原料人工合成海水养殖废水，用以模拟海水养殖环境中的废水成分；

(3)对人工湿地进行间接性进水，每个运行周期为3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，系统处于淹水状态，一天为干燥阶段，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，对处理后的尾水进行参数测定。

实施例1和对比例1-8设置的人工湿地中试装置如图1所示，人工湿地装置由高密度聚乙烯材质的塑料水箱(长48cm×宽34cm×高25cm)构成，其中基质的高度为20cm，每个装置均匀种植六株长势一致的植物幼苗，水生植物购自当地市场(实验前后的鲜重：芦苇26.64g和27.28g、美人蕉29.61g和35.71g、黄菖蒲13.43g和24.51g)；

人工合成海水养殖废水成分所用兽药具体组分见表2，每个装置的进水体积为5L，鱼用饲料和抗生素兽药均购买自当地市场，其中各款兽药中的抗生素含量不同，合成废水中抗生素浓度见表4，海盐的质量根据不同的盐度要求添加，盐度为1‰时，大约需要海盐6g。

表2实验所用兽药的成分表

样品采集与检测方法

在实验过程中，采集每个周期的进出水水样，用于养殖废水中物化参数、污染物参数和抗生素浓度的测定。在实验结束后，在每个人工湿地中选取三株植物，取其近根区根系(不少于200mg)。

水质指标检测：采集水样立即进行理化参数分析，使用SX751便携式pH/ORP/电导率/溶解氧仪对进出水的物化参数，例如：水温(WT)、pH、氧化还原电位(ORP)、溶解氧(DO)、总溶解固体(TDS)、电导率(EC)和盐度(SAL)进行测定并记录实验数据。营养参数(化学需氧量(COD)、总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH

抗生素指标检测：采集水样后立即经0.22μm水相滤膜以去除杂质，保存在2mL棕色进样瓶中，在-18℃下冷冻保存，待测。本试验所采用高效液相色谱法(HPLC；Agilent 1200，USA)的操作条件如表3所示。

表3抗生素的高效液相色谱检测条件

结果分析

1、人工合成海水养殖废水的水质特性的分析

本发明中人工湿地的进水为人工合成海水养殖废水，其物化参数、营养物质和抗生素的平均值见表4。合成海水养殖废水中TDS、电导率和盐度值随低、中、高盐度水平的增加而等比例增加(TDS：3.92-15.2g/L、电导率：4.63-16.49mS/cm、盐度：3.27-11.75ppt)，在不同盐度水平之间具有显著性差异(p<0.05)。湿地系统进水中WT、pH、DO、ORP分别呈温暖(20.2-26.4℃)、弱碱性(8.04-8.47)、好氧(5.6-7.2mg/L)、氧化性(104-240mV)条件，合成海水养殖废水中营养物质主要来自于鱼用饲料，湿地系统进水中COD、NH

表4人工合成海水养殖废水特性

2、人工湿地对海水养殖废水中抗生素的净化效果

各人工湿地出水的抗生素浓度和去除率分别如表5和图2所示，不同构型的人工湿地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％)。其中，磺胺甲恶唑相比于其他磺胺类的去除效果更加稳定和高效。本发明的海水系统利用富氧的潮汐流体系，磺胺类能够进行充分的好氧生物降解，大大提高了去除效率。在对比淡水系统和海水系统时，磺胺类(例如磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺甲恶唑)之间表现出相似的去除趋势，这是因为某种磺胺类的降解酶可以容易的降解其他具有相似化学结构的磺胺类。此外，磺胺类的R取代基可以显著影响酶促反应的发生，其中pH是主要的影响因子，阴离子磺胺类(pKa2：5.30–7.40)在中性或碱性条件下发生更快的反应，由于磺胺甲恶唑具有相对较小的pKa2(5.30)(表1)，更具活性，所以在碱性的海水养殖废水中(8.25)磺胺甲恶唑相对于其他磺胺类的去除效果更高效。

此外，相比于磺胺类，甲氧苄啶的出水浓度不减反增(p<0.01)，除了CW4-6中的出水浓度与进水的无显著性差异(p>0.05)，甲氧苄啶的去除效率为-88％～7％。可能的原因是：(a)在具有较高DO和ORP值的湿地系统中，甲氧苄啶的去除效率显著下降，甲氧苄啶主要进行厌氧降解，在富氧的湿地系统中降解功能菌可能受到了显著的抑制作用；(b)亲水性的甲氧苄啶(低logKow、高Kd)在pH为7.4–8.1时的吸附作用降低，且含盐废水增加的阴离子如Cl

表5人工湿地进出口水中的理化参数、营养物、抗生素和微生物参数的平均值(n＝10)

3、影响污染物去除的主要因素

不同影响因素与污染物去除的正交试验方差分析结果如表6所示。其中，基质可以显著影响pH、DO、ORP、TDS、电导率、COD、NH

表6正交实验的方差分析结果

注：

4、基质对海水养殖废水中抗生素去除的影响

由图4可知，沸石对pH的中和作用最好，沸石湿地系统中的pH值(7.68)显著低于珊瑚砂和砾石系统中的(p<0.05)，使海水养殖废水从弱碱性降至接近中性。此外，沸石湿地系统的富氧能力最好，其DO(4.1mg/L)和ORP值(111mV)显著高于其他两种填料系统(p<0.05)。根据相关性分析(图3)，pH与DO呈显著负相关关系(p<0.05)。同时，TDS和电导率值在沸石系统中显著低于其他两种填料系统(p<0.05)。可见，沸石系统对平衡海水养殖废水特有的高离子浓度和强电解质有较大的作用，使系统保持较高的含氧量。这不仅有利于减少吸附位点的竞争，促进污染物的吸附，还有利于有机物氧化反应的进行。结果表明，沸石和珊瑚砂湿地系统对COD和TP的去除效率(分别为COD：81％和79％、TP：79％和71％)更显著，一方面，珊瑚砂和沸石具有更大的孔隙度(52.2％～71.7％)，易于通过过滤和吸附作用除磷；另一方面，富氧能力较好的沸石系统有利于促进了有机物和TP的微生物降解。

抗生素的去除在不同基质(珊瑚砂、砾石和沸石)系统之间具有显著性差异(图5)，其中，四种磺胺类抗生素在沸石湿地系统中的去除效率显著最高(p<0.05)，磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑的平均去除率分别达到87％、87％、92％和86％；其次是珊瑚砂湿地系统(磺胺嘧啶：76％、磺胺二甲嘧啶：71％、磺胺间甲氧嘧啶：82％和磺胺甲恶唑：77％)和砾石湿地系统(磺胺嘧啶：40％、磺胺二甲嘧啶：41％、磺胺间甲氧嘧啶：49％和磺胺甲恶唑：63％)。此外，虽然基质类型对人工湿地的细菌丰度指数(Chao 1)无显著的影响，但对细菌多样性指数(Shannon)具有显著性差异(p<0.05)，其中沸石湿地系统具有较高的细菌群落多样性(表7)。一方面，人工湿地对抗生素的去除效率受基质类型的显著影响(p<0.01)(表6)。磺胺类去除效率与DO成显著正相关关系(p<0.01)(图3)，而在盐度胁迫下，沸石湿地系统能够降低pH，更有利于水体富氧。另一方面，通过物种三元图发现(图7)，与磺胺二甲嘧啶去除率呈显著正相关性的菌群Sulfuritalea在沸石湿地系统中相对丰度较高(p<0.05)(图6)，且与DO和ORP均呈显著正相关性(p<0.01)。研究表明，Sulfuritalea在有氧条件下可以利用有机酸和芳香族化合物进行异养生长，从而促进芳香族化合物的有效降解。可见，好氧菌群Sulfuritalea在对磺胺类去除能力最好的沸石湿地系统中富集，很可能是对磺胺类降解起关键作用的功能菌。总的来说，潮汐流人工湿地增加了系统中的含氧量，促进了抗生素的好氧降解过程。

另一方面，不同基质的人工湿地中的pH也具有显著性差异(p<0.01)(图3)。系统中的pH影响着抗生素的解离(以阴离子形式存在)，中和能力较好的沸石湿地系统中，阴离子抗生素在沸石表面的静电斥力相对较小，更易于被吸附去除。由此可见，不同基质的湿地系统对抗生素去除效果的差异性主要归因于基质系统对水体理化性质的改变(富氧能力和盐碱中和能力)以及是否形成适宜富集功能降解菌群的环境。

表7人工湿地不同影响因素之间的微生物指标

相反的，甲氧苄啶在砾石湿地系统中的去除效率(>1％)显著高于沸石湿地和珊瑚砂湿地系统的(-59％至-79％)(p<0.05)。与甲氧苄啶去除率呈显著正相关性的菌群Thauera在砾石湿地系统中相对丰度较高(p<0.05)(图7)，且与DO呈显著负相关性(p<0.05)，可见富氧能力较弱的砾石湿地系统(较低的DO：2.7mg/L和ORP：95mV)更容易富集厌氧型微生物。研究表明，Thauera(陶厄氏菌属)对抗生素胁迫具有适应性，是常见的芳香族降解菌。因此，Thauera很可能是湿地系统中对甲氧苄啶厌氧降解起关键作用的功能菌，甲氧苄啶更适宜在缺氧或厌氧条件下的砾石湿地系统中发生生物降解，从而进行有效去除。

5、植物对海水养殖废水中抗生素去除的影响

三种不同植物的湿地系统都能对COD和TP进行有效的去除(>54％)，其中由图8可知，植物种类显著影响了人工湿地对TP的去除效果(p<0.01)，黄菖蒲和芦苇湿地系统对TP的去除效率(黄菖蒲-CWs：72％、芦苇-CWs：69％)显著高于美人蕉湿地系统(54％)(p<0.05)。研究表明，含盐废水中高浓度的离子可以抑制水生植物对金属和养分的吸收，导致植物营养缺乏和失衡。根据实验前后的生物量对比，这三种耐盐植物中，黄菖蒲的鲜重增加最大，对盐胁迫的抗性和耐受能力较佳，能够较好的发挥根际效应。

此外，磺胺甲恶唑在三种不同植物的湿地系统中去除效果稳定(72％～78％)，而磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和磺胺间甲氧嘧啶的去除效率在黄菖蒲湿地系统中最高(磺胺嘧啶：72％、磺胺二甲嘧啶：70％和磺胺间甲氧嘧啶：80％)，其次是芦苇湿地系统(磺胺嘧啶：68％、磺胺二甲嘧啶：66％和磺胺间甲氧嘧啶：74％)和美人蕉湿地系统(磺胺嘧啶：64％、磺胺二甲嘧啶：62％和磺胺间甲氧嘧啶：70％)。一方面，三种植物系统的微生物多样性呈现差异性，美人蕉湿地系统的丰富度最高，其次是黄菖蒲和芦苇湿地系统(p<0.05)(表7)。然而根据Bugbase群落功能表型预测得知(图9)，黄菖蒲湿地系统能够形成生物膜的细菌群落显著高于其他两种植物系统(p<0.05)，其具有氧化胁迫耐受性的细菌丰度也较高；而美人蕉湿地系统则富集了较多的厌氧菌群(p<0.05)，且表现出更弱的氧化胁迫耐受性(p<0.05)。考虑到三种植物对盐度的耐受性，黄菖蒲在含盐废水中生长更稳定，根系的健康发育有利于提高根系泌氧作用和促进好氧菌群的生长，对磺胺类抗生素的去除作用更大。另一方面，由于不同植物系统的细菌群落分布具有显著的差异性，通过物种三元图可见(图7)，黄菖蒲湿地中相对丰度占比最高的是Enterobacter(肠杆菌属，90％以上)，即相比于其他两种植物系统，黄菖蒲系统的环境更有利于该菌的生长。研究表明，Enterobacter不仅被发现是利用人工湿地处理含盐废水时的好氧反硝化菌，还被用于分离降解磺胺嘧啶，在微生物燃料电池中与磺胺嘧啶的去除具有高度相关性，对持久性有机物例如磺胺类具有一定的降解潜力。结合本发明，磺胺类在黄菖蒲系统中的去除效果显著高于在其他两种植物系统，因此推测Enterobacter很可能对湿地系统中磺胺类的生物降解发挥重要作用。

对于甲氧苄啶，不同植物的湿地系统之间的去除效率无显著差异(p>0.05)，但美人蕉湿地系统中的相对较高。虽然美人蕉湿地系统中的微生物多样性最丰富(p<0.05)(表7)，富集了较多的厌氧型细菌(p<0.05)，但是其氧化胁迫耐受性最弱(p<0.05)，不利于生物膜的形成(p<0.05)(图9)。由于盐度对系统中DO具有显著的负作用(p<0.05)，美人蕉湿地系统的适应性较差，所以即使与甲氧苄啶去除相关的功能菌Thauera在其中的相对丰度较高(图7)，甲氧苄啶的去除效率仍受到限制。

6、盐度对海水养殖废水中抗生素去除的影响

由表6和图8可知，不同盐度人工湿地系统对氮磷去除的影响差异显著，NH

不同盐度水平(4‰、8‰、12‰)人工湿地系统对磺胺类的去除效率无显著性差异(p>0.05)(表6)，去除效果较稳定(平均去除率为71％)。盐度筛选了部分耐盐微生物，例如Pseudomonas、Enterobacter和Thauera。在对淡水实验中观察到对磺胺类的降解起到正向作用的好氧菌属Pseudomonas也同样在海水实验中占据较高的丰度，表明Pseudomonas在淡水和海水中均能生存，对盐度波动具有高度的适应性，是磺胺类去除的主要菌属。

与甲氧苄啶去除率相关的菌属Thauera在12‰盐度系统中的相对丰度较高(图7)，且与盐度呈显著正相关性(图6)，说明Thauera是一种嗜盐菌。研究表明，在厌氧体系中，无论是否受盐度胁迫，甲氧苄啶的去除效率可超过80％，且在盐浓度升高的厌氧膜生物反应器中与甲氧苄啶生物降解相关的微生物(例如Thauera)在盐胁迫下具有适应性，这说明厌氧菌群Thauera对甲氧苄啶有实际的降解作用，但由于系统中含氧量的影响，其去除效果不佳。

7、人工湿地对海水养殖废水中抗生素的去除机理

海水养殖废水的盐碱性和高离子浓度的特性在很大程度上影响了人工湿地中微生物的多样性和群落结构，基质、植物对盐度的耐受性以及对细菌群落的选择性，最终决定了抗生素的生物降解效果。其中，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，适中的盐度(8‰)有利于保持微生物的多样性，这些条件有利于好氧功能菌群(如Pseudomonas、Enterobacter和Sulfuritalea)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。结合淡水系统的研究，磺胺类抗生素的去除趋势具有相似的规律，其主要的降解菌也可以有效作用于其他具有相似结构的磺胺类。

相反的，较低DO和ORP值的砾石、厌氧菌群相对丰度较高的美人蕉、12‰盐度水平适宜于厌氧菌群Thauera的富集，从而促进甲氧苄啶的厌氧降解，然而，在盐度的胁迫下，美人蕉的氧化胁迫耐受性相对较差，较高的盐度水平下不利于形成生物膜的菌群富集(图9)，从而抑制了厌氧功能菌的活性，导致甲氧苄啶的去除效果不理想。因此，调节人工湿地的理化条件以达到同时去除盐度胁迫下含磺胺类和甲氧苄啶的海水养殖尾水仍是可探讨的方面。

综上所述，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、DO和ORP、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DO和ORP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。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。