[发明专利]一种利用生物阴极共代谢系统还原降解恩诺沙星的方法

说明书

本发明提供一种利用生物阴极共代谢系统还原降解恩诺沙星的方法，构建MFC反应器，以碳刷作为阴极和阳极电极，阳极室和阴极室分别注入特定配比的阳极液和阴极液，两室均接种厌氧污泥，启动和驯化MFC反应器。本发明采用的生物电化学系统，不仅提高恩诺沙星还原降解的效率，还可丰富阳极和阴极生物膜的微生物群落，并提高产电菌群和降解菌群的数量，使恩诺沙星代谢产物的毒性降低，本发明的电极无需使用昂贵的催化剂，成本低，是一种有效且环保的方法，具有重要的应有前景。

技术领域

本发明涉及微生物电化学领域，属于恩诺沙星的生物阴极降解脱毒技术领域，特别涉及一种利用生物阴极共代谢系统还原降解恩诺沙星的方法。

背景技术

2000年至2010年，抗生素在世界范围内的使用增加了36％。据报道全球抗生素的使用量15年内大幅度上升了40％，导致大量残留不可避免的进入水体和土壤环境中，特别在水体环境中含量分布极为广泛。目前在江河湖泊、地下水、饮用水、海水以及污水处理厂中已发现几百种抗生素残留。残留的抗生素通过基因突变或者水平转移产生抗性菌(ARB)和抗性基因(ARG)，其会使抗生素的药效失去作用，影响了抗生素的治疗效果，对生态环境和人体健康造成严重威胁。所以，如何还原降解环境中大量残留的抗生素是一个急需解决的环境问题。

喹诺酮类抗生素包括环丙沙星、恩诺沙星和氧氟沙星等，被世界卫生组织定义为“最优先的极其重要的抗菌剂”，是2014年德国医院最常用的抗生素之一。这些合成抗菌药物因其高度稳定的结构而在动物和人体内不好被代谢。因此，在许多环境中，它们的残留浓度通常在μg/L到mg/L的浓度范围内。而最常用的喹诺酮类抗生素是恩诺沙星(Enrofloxacin，简称ENR)，因此，对ENR的残留迫切需要开发有效且经济的处理方法来消除。微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell，简称MFC)是一种利用微生物为催化剂，是一种典型的生物电化学系统，可以从有机物的生物氧化中回收生物能量。中国专利CN107601677A公开了一种采用微生物燃料电池降解甲氧苄啶的方法，中国专利CN112473360A公开了一种微生物电解池厌氧处理氯苯废气的方法，现有技术未涉及ENR在生物电化学系统中生物阴极去除性能和优势微生物群落，因此，建立一种新型、快速和高效的ENR处理方法具有重要意义。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提出一种利用生物阴极共代谢系统还原降解恩诺沙星的方法，通过科学配制MFC反应器的阳极液和阴极液成分，并采用厌氧污泥驯化和共代谢的作用，在生物电化学系统阴极富集降解恩诺沙星的降解菌属和产电的功能菌属，有效促进恩诺沙星的还原降解，丰富产电菌属和降解菌属的数量和种类，并使恩诺沙星降解成低毒性的代谢产物。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种利用生物阴极共代谢系统还原降解恩诺沙星的方法，包括如下步骤：

(1)构建MFC反应器：以有机玻璃为材料，形成阴极室和阳极室，两个极室采用离子交换膜隔开，以碳刷作为阴极电极和阳极电极，得到MFC反应器；其中，阴极电极作为工作电极，阳极电极作为对电极，饱和甘汞作为参比电极，碳刷使用前的处理方法为：在碳刷中加入丙酮溶液至浸没，浸泡22～26h后，转入0.8～1.2M盐酸溶液中浸没浸泡22～26h，最后在水中浸没浸泡22～26h后，于马弗炉中400～500℃燃烧35～45min；

(2)驯化MFC反应器：包括两个驯化过程，第一个驯化过程：分别向MFC反应器的阳极室和阴极室注入阳极液和阴极液，两室均接种厌氧污泥，驯化MFC反应器；第二个驯化过程：分别向MFC反应器的阳极室和阴极室注入阳极液和阴极液，驯化MFC反应器；

(3)保持22～28℃运行MFC反应器，进行恩诺沙星的还原降解，利用电化学工作站监测MFC反应器的电化学特性，包括电流、阴极电位和循环伏安特性，待MFC反应器具有稳定、明显的电流和阴极电位生成，表明反应器已驯化成功并稳定运行。