廢水中磺胺類抗生素的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

康蓓蓓+黎春燕

摘 要：針對難降解的磺胺類抗生素，傳統(tǒng)污水處理工藝處理效果不理想，本文介紹了水體中磺胺類抗生素的來源及危害，綜述國內(nèi)外磺胺類廢水的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀，并對每種技術(shù)的處理效果及優(yōu)缺點進行分析，以期為解決磺胺類抗生素的污染問題提供參考。

關(guān)鍵詞：磺胺類 廢水 控制 研究進展

中圖分類號：X523 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（b）-0117-02

近年來，隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的日漸發(fā)達，人工合成類醫(yī)藥物質(zhì)層出不窮，其中磺胺類抗生素具有抗菌譜廣、療效好等優(yōu)點，是最早使用的一類[1]。在歐美發(fā)達國家的眾多公共水供應(yīng)系統(tǒng)中，磺胺類抗生素經(jīng)常被檢測到，發(fā)展中國家也無例外[2，3]。因此，廢水中磺胺類抗生素的環(huán)境污染及其生態(tài)毒理效應(yīng)已成為我國乃至全球所面臨的環(huán)境問題之一。

1 磺胺類廢水的來源及危害

磺胺類廢水的來源主要包括：（1）制藥企業(yè)廢水未處理或處理后未達標直接排放；（2）在人類、畜牧或者水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的使用過程中進入水體；（3）無用或者過期的磺胺類醫(yī)藥被大量拋入排水溝或者垃圾箱，其中具有藥物活性的物質(zhì)可能伴隨廢水進入自然水體中或者在填埋場通過滲濾液直接進入地下水，就會對地表水或者地下水產(chǎn)生間接污染。

磺胺類作為一類大分子抗生素，設(shè)計時主要是針對人體和動物體內(nèi)的病原性致病菌，這也使其必然也對人體和環(huán)境中其他有機體產(chǎn)生潛在的健康威脅。這類生物難降解的大分子抗生素在水體中富集，可能引起水體和底泥中的微生物、藻類、無脊椎動物、魚類及兩棲類動物等慢性中毒，破壞生態(tài)系統(tǒng)[4]；污染土壤、飲用水與食物等，進而對人類的健康造成損害，可能有過敏反應(yīng)、激素分泌異常甚至三致作用等潛在危害[5]。

2 磺胺類廢水的控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，磺胺類抗生素的控制技術(shù)包括物理吸附法、化學(xué)處理法和微生物處理法。

2.1 物理吸附法

吸附是指當流體與多孔固體接觸時，流體中某一組分或多個組分在固體表面產(chǎn)生蓄積從而從水體中去除的作用。不同的吸附劑吸附效果不同，王佳麗等[6]就吸附法去除低溫水體中的磺胺類抗生素效果做出研究，結(jié)果表明：采用的3種材料對磺胺類抗生素的吸附效果為：菌糠>火山渣>骨炭；當水體中磺胺類抗生素的質(zhì)量濃度均為5mg/L時，菌糠對其吸附率>80%，吸附量為1.60mg/g；采用改性后的火山渣和骨炭，二者對磺胺類抗生素的吸附率>60%，吸附量>0.24mg/g。

目前各種新型材料也逐步應(yīng)用于抗生素的吸附研究中，鮑曉磊等利用新型的磁性納米復(fù)合材料CoFeM48對水中磺胺類抗生素的吸附去除進行研究，結(jié)果表明：該復(fù)合材料對水中常見磺胺類抗生素有良好的吸附性能，15℃時的平衡吸附量在68.9μg/g（磺胺二甲嘧啶）至99.6μg/g（磺胺甲二唑）之間[7]。此外，吸附劑的投加量、吸附時間也會影響抗生素的去除率。

2.2 化學(xué)處理法

化學(xué)法幾乎可以降解所有的污染物。在化學(xué)氧化法處理工藝中，高級氧化工藝（Advanced Oxidation Process，簡稱AOPs）是20世紀80年代開始形成的處理難降解有機污染物的方法。高級氧化工藝分為臭氧氧化、過氧化氫氧化、二氧化氯氧化、紫外輻射、超聲氧化、微波氧化等類型，新興氧化劑有Fenton試劑、高鐵酸鹽等。

馬艷等[8]就采用高鐵酸鉀對磺胺嘧啶進行降解實驗研究，結(jié)果表明，高鐵酸鉀對磺胺嘧啶的去除率最高可達86.2%，且反應(yīng)時間迅速，10min就可反應(yīng)結(jié)束。蘇榮軍等就Fenton試劑處理磺胺甲惡唑制藥廢水進行研究[9]，結(jié)果表明：當Fe2+的投加量為0.2mol/L，H2O2投加量1.0mol/L，pH值為3，H2O2投加次數(shù)4次和反應(yīng)時間為60min的條件下，COD去除率達到88.9%。說明Fenton高級氧化體系對此類難以生物降解的磺胺類制藥廢水的處理效果很好。

2.3 生物處理法

Yu等[10]采用延長污水處理工藝流程的方法研究抗生素的去除規(guī)律，結(jié)果表明，當污泥停留時間為200d，水力停留時間12h，初始濃度為1～5?g/L時，磺胺類抗生素有64%～93%的去除率。Yang等[11]在臺灣采用小試研究不同廢水停留時間（HRT）對去除磺胺類抗生素的影響，HRT分別為2h、2d和2周，研究結(jié)果表明：隨著HRT的延長，水相中磺胺類抗生素在一直減小，14d后可以全部去除?？梢姴捎脗鹘y(tǒng)污水處理工藝生物處理法能取得一定的處理效果，但處理時間長、見效慢。有研究指出使用組合工藝提高處理效果。谷靜娟[12]對污水處理廠磺胺類抗生素的去除情況進行了調(diào)查，結(jié)果表明，預(yù)處理對7種磺胺類抗生素的去除率范圍為0.7%～62.4%；組合工藝對7種磺胺類抗生素的去除率均為100%。

劉娟等[13]研究了磺胺類抗生素的水解、光解、污泥吸附、生物降解等降解行為，結(jié)果表明，磺胺類抗生素在城市污水處理廠中未發(fā)生水解，有少量光解和生物降解，主要的去除途徑為污泥吸附。降解率由大到小依次為污泥吸附率>生物降解率>光解率>水解率?？梢娚锾幚矸ǖ淖饔煤苡锌赡苁怯苫钚晕勰嗟奈叫阅芩鶝Q定。

綜上所述，生物法由于其成本低，降解有機污染物徹底而廣泛使用。但其在處理難降解高分子有機污染物時存在時間長，見效慢的缺點。吸附法是一種可以利用當?shù)夭牧稀⒔?jīng)濟成本低、見效快的方法，但吸附法只是將污染物轉(zhuǎn)移，有存在降解不徹底、易造成二次污染的隱患。而化學(xué)法可以使絕大多數(shù)有機污染物特別是難降解高分子有機污染物氧化為無機物，徹底破壞難降解有機物，以達到無害處理的要求，但成本高。所以，在應(yīng)用時需要根據(jù)具體情況具體分析。

3 研究展望

磺胺類抗生素生產(chǎn)和使用過程中，及廢棄后，大部分都通過城市污水排放系統(tǒng)進入到城市污水處理廠處理系統(tǒng)，進入到污水處理廠中未代謝的抗生素藥物仍具有活性。而城市污水處理廠現(xiàn)有的控制技術(shù)對于磺胺類污染物的處理效果并不理想，處理廠的出水反而成為了磺胺類抗生素進入環(huán)境的主要途徑之一。因此，應(yīng)深入開展城市污水中磺胺類抗生素的去除規(guī)律研究，考察有效的控制條件，進而改進城市污水處理廠現(xiàn)有的處理工藝，為解決磺胺類抗生素的污染問題提供理論依據(jù)。endprint

4 結(jié)語

我國是藥物生產(chǎn)和使用大國，藥物及其代謝物對水環(huán)境的污染是一個不容忽視的問題，而我國在這些方面的研究還比較薄弱。迫切需要對我國水體中代表性藥物污染問題開展研究。期望在國家政府部門的重視下，加大對合成藥物基礎(chǔ)研究的支持力度，縮短我國與發(fā)達國家相關(guān)研究的理論水平差距，以便后期為我國決策部門在制定相關(guān)質(zhì)量標準體系及法律法規(guī)時提供符合我國情況的科學(xué)依據(jù)。

參考文獻

[1] 徐維海，林黎明，朱校斌，等.水產(chǎn)品中14種磺胺類藥物殘留的HPLC法同時測定[J].分析測試學(xué)報，2004，23（5）： 122-124.

[2] Hirsch R，Ternes T，Haberer K，et al.Occurrence of antibiotics in the aquatic environment[J].Sci.Total Environ，1999，2（25）：109-118.

[3] 周啟星，羅義.抗生素的環(huán)境殘留、生態(tài)毒性及抗性基因污染[J].生態(tài)毒理學(xué)報，2007，2（3）：243-251.

[4] Batt AL，Bruce IB，Aga DS.Evaluating the vulnerability of surface water to antitfiotie contamination from varying wastewater treatment plant discharges[J].Environmental Pollution，2006，142（2）：295-302.

[5] 孫豐霞.污水處理系統(tǒng)中磺胺嘧啶和磺胺甲噁唑的優(yōu)化處理研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[6] 王佳麗，張玉玲，錢紅，等.吸附法去除低溫水體中的磺胺類抗生素[J].吉林大學(xué)學(xué)報：理學(xué)版，2016（3）：663-669.

[7] 鮑曉磊，強志民，賁偉偉，等.磁性納米復(fù)合材料CoFeM48對水中磺胺類抗生素的吸附去除研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013（2）：401-407.

[8] 馬艷，高乃云.高鐵酸鉀去除水中磺胺嘧啶[J].同濟大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2013，41（1）：106-109.

[9] 蘇榮軍，韓思宇.Fenton試劑處理磺胺甲惡唑制藥廢水的研究[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2015（2）：183-186.

[10] Yu T，A.Y.Lin.Removal of antibiotics and non-steroidal anti-inflammatory drugs by extended sludge age biological process[J].Chemosphere，2009，31（6）：842-847.

[11] Yang Sheng fu，Lin Cheng-Fang. Fate of sulfonamide antibiotics in contact with activated sludge sorption and biodegradation[J].Water research，2012，46（10）：1301-1308.

[12] 谷靜娟.反滲透深度處理城市污水中磺胺類抗生素的試驗研究[D].河北工程大學(xué)，2013.

[13] 劉娟.磺胺類抗生素在城市污水處理廠的分布與遷移轉(zhuǎn)化研究[D].河北工程大學(xué)，2012.endprint