布洛芬缓解了剧烈头痛后会发生什么?像许多药物一样，当我们的身体将其排出时，它仍会保持活性状态。这是一个问题，因为尽管污水处理厂擅长减少水中的营养污染物，但它们并非旨在去除药物和个人护理产品。因此，抗生素、激素和其他药物会被送回溪流和农田。

在诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一项新研究中，研究人员展示了如何使用木屑和少量锯末的简单系统显著减少废水中的氮、磷和多种常见药物。这项研究发表在《危险材料杂志》上。

“即使浓度很低，药品和个人护理产品(PPCP) 也会降低水质、破坏生态系统、促进抗生素耐药性并导致野生动物的生物累积。虽然氮和磷等营养物质会造成有害藻华等可见问题，但 PPCP 会带来潜在风险，尤其是对脆弱人群的长期接触。这两个问题都凸显了改善废水管理的必要性，”研究作者周红旭说，他以​​诺伊大学农业、消费者和环境科学学院和格兰杰工程学院农业和生物工程系 (ABE) 博士生的身份完成了这项研究。

周和他的同事知道木屑生物反应器(装满木屑的水箱或水流经的沟渠)可以有效去除水中的过量氮。这要归功于生活在木屑内部和表面的微生物;它们“吃掉”硝酸盐，将其转化为无害的氮气。

该团队开发了一种新型设计生物炭——在本例中，锯末用石灰泥预处理，然后慢慢燃烧成木炭状材料——可以结合磷和某些 PPCP。设计生物炭的表面积大，成分复杂，使化合物能够粘附在生物炭上，不会脱落。

考虑到这些原则，研究人员在实验室中尝试了一种“治疗串联”方法，以了解两种治疗方法的协同作用。他们从当地一条小溪收集水，并在其中加入氮、磷、布洛芬、萘普生、糖尿病药物西他列汀和雌激素衍生物。这些水进入小型木片生物反应器，然后通过充满生物炭的管道“顺流而下”。在系统的另一端，他们​​称之为 B2(生物反应器-生物炭)，研究人员测量了水中剩余的化合物。

“平均而言，B2 系统可去除 77% 的硝酸盐、99% 的磷、约 70% 的布洛芬、74% 的萘普生、91% 的西他列汀和 97% 的雌酮，”该研究的共同作者、诺伊大学草原研究所下属诺伊可持续技术中心 (ISTC) 的首席研究员魏政说道。“生物炭的作用类似于活性炭，可有效去除受污染水中的药物残留物。”

当研究小组改变水流经系统的速度时，结果略有不同，速度越慢，氮去除效果越好。他们还测试了生物炭形式(颗粒或小球)的作用，发现颗粒吸收了更多的药物和磷。

由于微生物负责木片生物反应器中的氮去除，研究人员想知道这些药物是否会影响微生物群落。他们发现某些细菌群落的丰度发生了变化，但微生物群落的主要功能并未受到影响。

“对我来说，我们的研究结果最令人兴奋的方面是，尽管微生物组成发生了变化，但木屑生物反应器的硝酸盐效率仍然不受 PPCP 的影响，”周说。“这表明生物反应器系统足够强大，可以在具有挑战性的条件下保持其性能，这对其在现实场景中的应用具有重要意义。”

尽管这项研究是在实验室的平台上进行的，但研究人员在更大规模上模拟了 B2 系统的功效，显示出强大的工业应用潜力。

“我们相信，通过定期维护和优化系统设计，可以解决许多与结垢相关的挑战。例如，连续流通系统中的堵塞会降低整体性能和使用寿命;因此，需要定期更换生物炭，”合著者、ABE 副教授 Rabin Bhattarai 说。

他补充道：“这些设计和作考虑对于确保相关应用中的性能和使用寿命至关重要，最终提高 B2 系统应对环境挑战的有效性。”