Come vengono rimossi gli antibiotici dalle acque reflue?

Gli antibiotici sono ampiamente utilizzati nel trattamento delle malattie umane e del bestiame e nel promuovere la crescita del bestiame e del pollame, ma solo una piccola quantità di antibiotici viene assorbita dall'organismo dopo l'ingestione e oltre l'85% viene escreto sotto forma di farmaci o metaboliti originali e infine entra nell'ambiente ecologico. L’esposizione a lungo termine agli antibiotici a basse dosi induce geni di resistenza nei microbi ambientali. I microrganismi con geni di resistenza ai farmaci partecipano al ciclo energetico materiale e possono eventualmente entrare nel corpo umano, inducendo gli esseri umani a sviluppare resistenza agli antibiotici.

Gli impianti municipali di trattamento delle acque reflue sono spesso considerati una linea di difesa contro gli agenti inquinanti che entrano nell'ambiente. Allo stato attuale, la maggior parte dei processi di trattamento degli impianti di trattamento delle acque reflue urbane sono progettati per inquinanti organici e nutrienti convenzionali e gli antibiotici in tracce non possono essere rimossi efficacemente negli impianti di trattamento delle acque reflue urbane. Gli effluenti dell'impianto di trattamento delle acque reflue entrano nel corpo idrico naturale, rendendo l'effluente dell'impianto di trattamento delle acque reflue urbane una delle principali fonti di antibiotici nell'ambiente.

Dopo che gli antibiotici entrano nel sistema di trattamento delle acque reflue, si verificano una serie di reazioni fisiche e chimiche e alcuni antibiotici vengono degradati o separati dalla fase acquosa, riducendo la concentrazione di antibiotici nelle acque reflue. La rimozione degli antibiotici negli impianti di trattamento delle acque reflue municipali prevede solitamente le seguenti modalità:

1. Fotolisi

La fotolisi è considerata la principale rimozione abiotica degli antibiotici nelle acque superficiali. La maggior parte delle strutture nel processo di trattamento degli impianti di depurazione sono allestite all'aperto. Sotto l'azione della luce solare, può verificarsi la fotolisi. La fotolisi può essere divisa in fotolisi diretta e fotolisi indiretta. La fotolisi diretta significa che gli antibiotici assorbono direttamente i fotoni per degradarli, mentre la fotolisi indiretta significa che alcune sostanze fotosensibili naturali presenti nell'acqua produrranno alcuni gruppi sotto l'irradiazione della luce solare. Dopo che questi gruppi hanno assorbito i fotoni, agiscono sull'antibiotico e ne innescano la degradazione.

2. Filtrazione su membrana

La base della tecnologia di filtrazione a membrana è una membrana con permeabilità selettiva. Poiché la dimensione dei pori della membrana è molto piccola e il costo è elevato, per evitare che la membrana venga inquinata, le acque reflue verranno trattate in una certa misura prima della filtrazione su membrana. Le tecnologie di filtrazione a membrana comunemente utilizzate possono essere suddivise in microfiltrazione (MF), ultrafiltrazione (UF), nanofiltrazione (NF), osmosi inversa (RO), dialisi (dialisi), elettrodialisi (ED), pervaporazione (PV), ecc.

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3. Adsorbimento dei fanghi e adsorbimento del carbone attivo

L'adsorbimento dei fanghi e l'adsorbimento del carbone attivo non hanno degradato gli antibiotici né ridotto la quantità totale di antibiotici, ma hanno trasferito gli antibiotici dalla fase acquosa ai fanghi o al carbone attivo. Il fango attivo è una combinazione di comunità microbica e di sostanze organiche e inorganiche ad essa legate, poroso e flocculante; il carbone attivo è un materiale di carbonio poroso, entrambi hanno un'ampia superficie specifica e sono facili da assorbire gli antibiotici.

4. Biodegradabile 

Gli antibiotici sono tossici per i microrganismi e possono influenzare l’efficienza del trattamento delle unità di trattamento biologico, ma la biodegradazione è ancora il modo più importante di degradazione degli antibiotici. La degradazione degli antibiotici dipende principalmente dai ceppi resistenti ed è particolarmente importante addomesticare ceppi resistenti agli antibiotici. La trasformazione e la degradazione degli antibiotici da parte dei microrganismi avvengono principalmente attraverso due effetti: co-metabolismo e crescita di substrati misti. La differenza tra i due è se gli antibiotici vengono utilizzati come fonti di carbonio.