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四环素（TC）抗生素废水威胁人类健康与环境，传统处理方法有局限。研究人员构建不同配置人工湿地（CWs），研究铁碳（Ic）耦合 CW-MFC 系统。结果显示该系统污染物去除率高，发电性能优，为处理 TC 废水提供新方案。
在现代社会，抗生素的广泛使用为人类健康和畜牧业发展立下汗马功劳，然而，其带来的环境问题却日益严峻。四环素（TC）作为一种广谱抗生素，在全球范围内的使用量巨大。随着畜禽和宠物养殖产业的蓬勃发展，预计到 2024 年，动物用抗生素全球市场规模将达到 52.3 亿美元，其中四环素类药物占比高达 48.9%。但由于人们对抗生素使用的不规范，大量的四环素未经充分处理就被排放到环境中。
四环素具有高水溶性和抗生物降解性，这使得它极易在水体中积累。一旦进入水环境，它会扰乱水生生态平衡。研究发现，四环素能诱导水生环境中微生物群落发生变化，增加选择性压力，促进耐药基因的转移，进而导致抗生素耐药菌（ARB）大量繁殖。更为严重的是，长期食用或饮用受四环素污染的食物和水，可能会增强人体内细菌的耐药性，给人类健康带来潜在风险。
目前，传统的污水处理厂（WWTPs）对废水中抗生素的去除能力有限。现有的四环素处理方法，如吸附、电化学降解、芬顿氧化降解、光化学和光催化氧化等，不仅难以大规模应用，而且处理成本高昂。此外，由于四环素废水的生物降解性差，单一处理方法很难达到理想的降解效果。因此，寻找一种经济、高效且综合的四环素废水处理方法迫在眉睫。
人工湿地（CW）技术利用微生物、湿地植物和基质，通过自然的厌氧和好氧过程，能够促进氮、磷等物质的去除。但在处理含抗生素废水时，它也存在诸多局限。微生物燃料电池（MFC）是一种新兴的废水净化技术，微生物在阳极氧化有机物产生电子，电子在阴极与质子、空气中的氧气结合生成水，同时将有机物转化为电能。人工湿地微生物燃料电池（CW - MFC）则是两者的有机结合，然而，该技术存在中间副产物导致二次污染、内阻过大和底物饱和等问题，限制了其广泛应用。
在这样的背景下，为了解决四环素废水处理难题，国内研究人员开展了一项关于铁碳强化人工湿地微生物燃料电池处理四环素废水的研究。他们构建了四组不同配置的实验室规模人工湿地，以此评估铁碳（Ic）耦合人工湿地微生物燃料电池系统对不同污染物的去除效率和生物发电性能。该研究成果对于推动四环素废水处理技术的发展具有重要意义，相关论文发表在《Bioresource Technology》上。
研究人员开展研究时，主要运用了以下关键技术方法：首先，制备铁碳材料，收集腐烂芦苇和废铁屑（铁含量 96%），将芦苇处理后在管式炉中热解，再用酸碱溶液洗涤。其次，构建四组不同的人工湿地，持续监测 120 天，测定进出水的化学需氧量（COD）、总氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、总磷（TP）等指标。此外，利用三维荧光光谱（3D-EEM）分析有机降解情况，通过典型循环实验和表征分析系统工作机制，还运用冗余分析（RDA）研究人工湿地、优势菌株和环境因素的关系 。
传统污染物的去除
研究人员监测了四组人工湿地 120 天内进出水的 COD 浓度和去除率。进水 COD 浓度维持在 324.88 ± 4.83 mg/L，启动阶段出水 COD 浓度波动明显，随着时间推移，去除效率趋于稳定。前 60 天，Ce-CW、Ce-CW-MFC、Ic-CW 和 Ic-CW-MFC 的平均去除率分别为 69.07%、72.80%、85.43% 和 88.84%。这表明添加铁碳材料显著提升了系统对 COD 的去除能力。
四环素的去除
研究发现，Ic-CW-MFC 系统对四环素的去除效果极佳，去除率可达 100%。3D-EEM 分析进一步证实了铁碳材料在促进有机降解方面的重要作用，表明该系统能有效分解四环素等有机物。
发电性能
在发电性能方面，Ic-CW-MFC 系统优势显著。其峰值功率密度达到 7.90 mW/m2（内阻为 10Ω），相比传统 CW-MFC 高出 88.07%，同时内阻降低了 68.21%。这说明铁碳材料的加入极大地提升了系统的发电能力。
环境因素和微生物群落分析
研究人员通过冗余分析（RDA），探究了四组人工湿地、优势菌株和环境因素（pH、氧化还原电位 ORP 和溶解氧 DO）之间的关系。结果发现，添加四环素（5 - 20 mg/L）后，传统人工湿地性能显著下降，而 Ic-CW-MFC 能有效缓解高浓度四环素废水带来的抑制作用。
系统工作机制分析
通过典型循环实验和表征，研究人员进一步分析了 Ic-CW-MFC 在四环素废水处理中的工作机制。发现铁碳材料在系统中形成微小原电池，产生的 Fe2+/Fe3+、[H]、H2和 [?O] 等活性物质，能分解有机物碳链，促进微生物代谢，提升系统处理能力。
研究结果表明，铁碳强化人工湿地微生物燃料电池系统在处理四环素废水方面表现卓越。它不仅显著提高了系统的污水处理能力，对 COD、TN、NH4+-N、TP 和四环素都有很高的去除率，而且极大地提升了发电性能。同时，该系统能有效缓解高浓度四环素废水对系统性能的抑制。这一研究为处理含四环素废水提供了一种高效、经济的技术方案，在实际工程应用中具有巨大的潜力，有望为解决四环素污染问题带来新的突破，推动水污染治理领域的发展，为保护人类健康和生态环境做出重要贡献。
