淺談水環(huán)境中抗生素的來源及去除

王宏偉

摘要：近年來，飲用水和污水中均檢測出了抗生素，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的危害，成為備受關(guān)注的環(huán)境熱門問題。本文總結(jié)了抗生素在水環(huán)境中的來源及危害，重點(diǎn)整合了去除水環(huán)境中抗生素的深度處理技術(shù)，最后對我國環(huán)境中抗生素的研究進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：飲用水;抗生素;來源;危害;去除

飲用水安全對于人類生活至關(guān)重要，水環(huán)境中的抗生素不是一個新問題，它們在世界各地的各種水生環(huán)境中無處不在。目前，飲用水處理中沒有制定專門針對抗生素的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，水廠也沒有針對抗生素的相關(guān)處理技術(shù)。飲用水中已經(jīng)檢測出了磺胺類、喹諾酮類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類等抗生素[1]，對動植物及人類的健康構(gòu)成了直接的威脅。本文就抗生素在我國水環(huán)境中的來源、危害及去除技術(shù)等進(jìn)行了總結(jié)探討。

1.抗生素類型

抗生素作為藥物被廣泛應(yīng)用于人類或動物疾病的預(yù)防與治療，目前許多國家的河流、湖泊、地下水都檢測到了抗生素，主要類型有：氟喹諾酮類、磺胺類、四環(huán)素類、大環(huán)內(nèi)酯類、β-內(nèi)酰胺類、氯霉素類、林可霉素類、氨基糖苷類等。

2.水體中抗生素的來源與危害

2. 1 飲用水中抗生素的來源

抗生素在醫(yī)學(xué)中是被用來抑制病毒生長與擴(kuò)散，同時能治療病毒感染的一種藥物，在居民生活和生產(chǎn)實(shí)踐中被廣泛應(yīng)用?？股剡M(jìn)入飲用水源中的主要途徑有：廢水排放、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人禽醫(yī)藥。

2.1.1 廢水排放

人體攝入的抗生素時只有小部分被吸收，大部分隨代謝產(chǎn)物排入污水處理廠中，最終造成大面積的水污染，導(dǎo)致飲用水中抗生素含量超標(biāo)[2]。

2.1.2 水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

為了提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)量，在飼養(yǎng)的過程中會將大量的抗生素與餌料混合被投加到水體中。

目前農(nóng)業(yè)上最常用的抗生素是土霉素和鏈霉素。在美國，應(yīng)用于植物的抗生素占抗生素總使用量的比例高于0.5%。

2.1.4 人禽醫(yī)藥

人和動物在成長過程中不可避免地會發(fā)生某些疾病，在現(xiàn)階段藥物的使用中，抗生素的使用量達(dá)到百分之八十。病人在醫(yī)院或家中使用抗生素之后，含有未被吸收的抗生素以及其代謝產(chǎn)物的排泄物進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，殘留的抗生素最終進(jìn)入水環(huán)境對水體造成污染。

2.2 抗生素在水環(huán)境中的危害

抗生素殘留在飲用水中會對健康產(chǎn)生不利影響：①毒性損傷：抗生素會通過食物和藥物在人體內(nèi)蓄積，當(dāng)累積的量超過一定值時會引發(fā)毒性損傷。②過敏反應(yīng)：動物體內(nèi)的抗生素經(jīng)過食物鏈不斷向上一級傳遞，直至傳遞給人類，很易引起過敏反應(yīng)，甚至食物中毒。③三致作用：致癌、致畸、致突變?？股乜梢鸹蛲蛔兓蛉旧w畸變而對人體造成潛在危害[3]。④產(chǎn)生抗藥性：長期飲用受抗生素藥物污染的水，會導(dǎo)致消化道內(nèi)的菌群失調(diào)。

3.飲用水中抗生素去除技術(shù)

飲用水處理工藝主要有兩大類：①常規(guī)處理工藝，主要單元為混凝、沉淀、過濾和消毒;②深度處理工藝，包括高級氧化、吸附、離子交換、膜技術(shù)等。

3.1常規(guī)處理技術(shù)

傳統(tǒng)的飲用水處理工藝對抗生素具有一定的去除效果，其中以混凝和消毒為核心的工藝研究最多。但由于抗生素的難降解和生物抑制作用，使得常規(guī)處理工藝對抗生素的去除有限，最終進(jìn)入飲用水中危害人類健康。

3.2深度處理技術(shù)

與常規(guī)處理技術(shù)相比，深度處理工藝對抗生素去除效果好。

3.2.1高級氧化技術(shù)

作為一種新型的水處理技術(shù)，AOPs技術(shù)產(chǎn)生的羥基自由基具有高反應(yīng)性并具有高氧化電位，使得水體中的抗生素能夠?qū)⒂袡C(jī)化合物完全氧化成二氧化碳和水，或者至少部分氧化成無害的化合物，低選擇性自由基也很容易和非靶物質(zhì)反應(yīng)， 產(chǎn)生有害副產(chǎn)物。雖然高級氧化作用對抗生素具有良好的去除作用，但會形成中間產(chǎn)物，目前對中間產(chǎn)物的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

3.2.2吸附技術(shù)

活性炭因孔隙較多，比表面積較大，活性炭強(qiáng)大的物理吸附、化學(xué)吸附、催化性及還原性可去除水中的抗生素污染物。但是吸附材料在吸附抗生素后的回收及再生仍需改進(jìn)，由此造成的高成本直接該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

3.2.3離子交換技術(shù)

Choi等[4]研究發(fā)現(xiàn)某類型樹脂對磺胺類抗生素去除率高達(dá)90%，四環(huán)素類達(dá)到80%。當(dāng)采用離子交換樹脂時，一旦發(fā)生有機(jī)物被污染的情況，會導(dǎo)致大量的污水排放，并且處理時間較長，處理效果不穩(wěn)定。因此，此技術(shù)還有待進(jìn)一步發(fā)展和提高。

3.2.5膜分離技術(shù)

在飲用水處理中，膜過濾技術(shù)利用半透膜的選擇透過性對不同理化性質(zhì)的2種物質(zhì)進(jìn)行有效分離，具備選擇透過性膜的孔徑非常細(xì)，因此成本較高。納濾膜對多數(shù)抗生素的截留機(jī)理主要是疏水性吸附和孔徑篩分作用。在選擇膜的類型時需要綜合考慮膜、污染物和廢水性質(zhì)等因素。

4.展望

為了控制與抗生素有關(guān)的危機(jī)并減少對環(huán)境和人類健康的負(fù)面影響，迫切需要開發(fā)有效的技術(shù)來消除水中殘留抗生素。①研究抗生素性質(zhì)與降解去除機(jī)理，對不同處理技術(shù)優(yōu)化組合，發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。②利用生物強(qiáng)化技術(shù)，將污染治理與基因科學(xué)聯(lián)系起來，解決抗生素本身毒性造成的處理效果下降問題。③建立污染控制和排放標(biāo)準(zhǔn)體系，獨(dú)立收集廢水和生活污水，根據(jù)性質(zhì)采用不同的處理方法，提高除污效率，節(jié)約處理成本。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ogutverici A，Yilmaz L，Yetis U，et al.Triclosan removal by NF from a real drinking watersource-effect of natural organic matter.Chemical Engineering Journal，2016， 283（11）：330-337.

[2]J Xu，Xu Y，Wang H，et al.Occurrence of antibiotics and antibiotic resistance genes in a sewagetreatment plant and its effluent-receiving river[J].Chemosphere， 2015，119（2）：1379-1385.

[3]李經(jīng)緯，劉小燕，王美歡等.抗生素在水環(huán)境中的分布及其毒性效應(yīng)研究進(jìn)展[J].廣州化工，2016，44 （17）：10-13.

[4]ChoiKJ，Son H J，Kim S H.Ionic treatment for removal of sulfonamide and tetracycline classes of antibiotic. Science of The Total Environment，2007，387（1）：247- 256.