水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀及環(huán)境效應(yīng)研究

楊濱瑞

（中國海洋大學(xué)，山東 青島 266000）

引言

隨著工業(yè)化和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，抗生素污染已經(jīng)成為水環(huán)境中的一大關(guān)注點(diǎn)。抗生素在水環(huán)境中的普遍存在不僅威脅著水質(zhì)安全，還可能對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。本文全面分析了水環(huán)境中抗生素污染的現(xiàn)狀、環(huán)境效應(yīng)與控制治理措施，為提高公眾對水環(huán)境中抗生素污染問題的認(rèn)識及環(huán)境保護(hù)工作提供科學(xué)的依據(jù)和策略建議。

1 抗生素在水環(huán)境中的污染現(xiàn)狀

水環(huán)境中的抗生素污染已經(jīng)成為當(dāng)代最緊迫的環(huán)境問題之一。隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，抗生素在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)和制藥產(chǎn)業(yè)中的廣泛應(yīng)用帶來了一系列的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，尤其在水資源方面，抗生素殘留不僅威脅到水質(zhì)安全，還可能對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成潛在影響。工業(yè)排放、醫(yī)療廢水和農(nóng)業(yè)活動(dòng)都成為抗生素進(jìn)入水環(huán)境的主要途徑，這些來源的復(fù)雜性加劇了對有效污染控制策略的需求，同時(shí)也揭示了當(dāng)前水環(huán)境治理的挑戰(zhàn)和局限性。在此背景下，深入探究抗生素在水環(huán)境中的污染現(xiàn)狀及其環(huán)境效應(yīng)，對于保護(hù)水資源和維護(hù)生態(tài)平衡具有重要意義。

1.1 工業(yè)排放

抗生素制造業(yè)在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生含有抗生素的廢水，這些殘留物質(zhì)包括原料藥及其代謝物，可能未經(jīng)充分處理就排放到周圍水體中。除抗生素外，生產(chǎn)過程中可能使用的其他化學(xué)物質(zhì)（如溶劑、催化劑）也可能隨廢水排放，對水環(huán)境造成額外負(fù)擔(dān)。這些未經(jīng)處理或未充分處理的工業(yè)廢水可能直接排入附近河流、湖泊或海域。

當(dāng)廢水存儲或處理不當(dāng)時(shí)，也可能通過地下滲漏進(jìn)入地下水體系，進(jìn)而影響更廣泛的水資源?？股刂圃鞓I(yè)產(chǎn)生的廢水中抗生素的濃度通常較高，尤其是在生產(chǎn)高需求藥物的工廠附近。工業(yè)排放的地理分布通常與制藥工廠的位置密切相關(guān)，特別是在工業(yè)園區(qū)或制藥重鎮(zhèn)附近的水體。工業(yè)排放作為抗生素污染的重要來源，對水環(huán)境有著極大的污染。

1.2 醫(yī)療廢水

醫(yī)療廢水中的抗生素殘留，源自醫(yī)院和其他醫(yī)療機(jī)構(gòu)，包括未完全代謝的患者排泄物和未使用的藥品，且抗生素的種類繁多，包括常用的廣譜抗生素和專用藥物，這些殘留的抗生素不僅具有生物活性，對水環(huán)境中的微生物會產(chǎn)生直接影響，而且其中可能包含多種抗生素及其代謝物，因而化廢水學(xué)性質(zhì)復(fù)雜。

當(dāng)前醫(yī)療廢水處理主要是以傳統(tǒng)的污水處理工藝（如活性污泥法、沉淀法）為主，對抗生素的去除效果有限。因此采用高級處理技術(shù)（如臭氧化、紫外光降解）處理醫(yī)療廢水的效率更高，但成本較高，而且由于部分地區(qū)的醫(yī)療廢水處理設(shè)施可能老舊，無法利用高級處理技術(shù)對抗生素污染進(jìn)行有效地治理。然而醫(yī)療廢水中的抗生素及其代謝物進(jìn)入水環(huán)境，會影響水質(zhì)安全和水生生態(tài)平衡，抗生素在水體中的累積可能對人類健康造成間接風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 農(nóng)業(yè)活動(dòng)

抗生素被用于防治農(nóng)作物疾病，特別是應(yīng)用于某些特種作物的栽培中。同時(shí)，抗生素廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)，以預(yù)防疾病并促進(jìn)動(dòng)物的生長，這些藥物也會通過動(dòng)物的排泄物（尤其是糞便）進(jìn)入環(huán)境。含抗生素的畜禽糞便是農(nóng)業(yè)活動(dòng)中重要的污染源，這些糞便常被作為肥料直接施用于農(nóng)田。抗生素隨肥料進(jìn)入土壤，再通過地表徑流和地下滲透進(jìn)入附近的水體。另外，灌溉用水如果來自被污染的水源，如附近的畜禽養(yǎng)殖場，也可能攜帶抗生素殘留?？股匚廴究赡苡绊懰h(huán)境中的微生物群落，促進(jìn)抗藥性基因的傳播，因而對水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成長期的威脅，影響了水生生物的健康和多樣性[1]。

2 抗生素污染對水環(huán)境的環(huán)境效應(yīng)

2.1 對生態(tài)系統(tǒng)的影響

抗生素污染對水環(huán)境中的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生廣泛影響，這些影響包括但不限于生物的直接毒性作用、微生物群落的擾動(dòng)以及通過生態(tài)鏈的傳遞效應(yīng)。一方面，是對水生生物產(chǎn)生毒性影響?？股卦谒h(huán)境中可能對水生生物產(chǎn)生直接的毒性作用，影響其生長、繁殖和生存。這種影響在抗生素濃度較高時(shí)尤其顯著，可能導(dǎo)致水生生物的行為、生理和代謝過程受損。

眾所周知，水環(huán)境中的微生物對生態(tài)系統(tǒng)的健康至關(guān)重要，抗生素污染可能改變微生物群落的結(jié)構(gòu)和功能，如抑制某些微生物的活性，促進(jìn)耐藥菌株的增長。另外，對于某些水生動(dòng)物，長期暴露于含抗生素的水環(huán)境中可能影響其免疫系統(tǒng)，因而更容易受到病原體的侵害。另一方面，抗生素污染會通過生態(tài)鏈傳遞，某些抗生素可能在水生生物體內(nèi)積累，特別是在食物鏈的較高層次積累。通過生態(tài)鏈的傳遞，抗生素可以達(dá)到比原始水環(huán)境中更高的濃度，所以對食物鏈頂端的捕食者會產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。

除了直接的毒性效應(yīng)，抗生素在生態(tài)鏈中的傳遞還可能導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)功能的改變，如捕食關(guān)系和物種多樣性的變化。此外，抗生素在生物體內(nèi)的積累還可能導(dǎo)致二次效應(yīng)，如生殖和發(fā)育障礙以及遺傳突變等。

2.2 抗藥性問題

抗生素在水環(huán)境中的存在促進(jìn)了抗藥性菌株的形成，因而對生態(tài)系統(tǒng)的平衡和人類健康構(gòu)成威脅?？股卦谒h(huán)境中的存在為微生物群落施加了選擇壓力，使對抗生素敏感的微生物被抑制或殺死，而能夠存活下來的微生物往往是具有或能夠獲得抗藥性的菌株。持續(xù)的抗生素壓力促使微生物通過基因變異適應(yīng)環(huán)境，因而增加了其產(chǎn)生抗藥性基因的可能性?？顾幮曰蚩梢酝ㄟ^水平基因轉(zhuǎn)移在不同的微生物之間進(jìn)行傳播，迅速增長并成為主導(dǎo)菌群?？股匚廴竞碗S之而來的抗藥性菌株的增加擾亂了原有的微生物生態(tài)平衡，可能導(dǎo)致某些關(guān)鍵功能微生物的減少，因而影響了生態(tài)系統(tǒng)的正常功能?？顾幮跃甑脑黾舆€可能導(dǎo)致非耐藥菌株的數(shù)量減少，從而影響微生物的多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性?？顾幮曰虻拇嬖诤蛡鞑ピ黾恿四投嗨幉≡w出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，這對于公共衛(wèi)生構(gòu)成間接威脅，特別是當(dāng)這些耐藥菌株進(jìn)入飲用水供應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，增加了水質(zhì)凈化過程的難度，尤其是對于傳統(tǒng)的水處理工藝，可能需要更先進(jìn)的凈化技術(shù)才能處理抗藥性菌株[2]。

2.3 對水質(zhì)的影響

抗生素污染對水環(huán)境的影響是多方面的，涉及水體化學(xué)性質(zhì)的改變和生物學(xué)特性的影響，這些影響可能導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)的長期不穩(wěn)定和功能退化。一方面，對水體化學(xué)性質(zhì)的影響體現(xiàn)在抗生素的存在可能改變水體的化學(xué)成分，包括pH值、溶解氧含量和其他化學(xué)指標(biāo)，這些改變可能影響水體的總體化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)，抗生素可能與水中的其他污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物，這些產(chǎn)物的毒性和環(huán)境影響可能與原始抗生素不同，特別是抗生素及其代謝產(chǎn)物可能在水環(huán)境中積累，由于這些物質(zhì)在水中的穩(wěn)定性和生物降解性不同，可能會長期存在于水環(huán)境中。另一方面，對水體生物學(xué)特性的影響。抗生素影響水體中微生物的生長和代謝，導(dǎo)致微生物群落結(jié)構(gòu)的改變。這可能包括耐藥菌株的增加以及對生態(tài)功能重要的非耐藥菌株的減少。水生生物（如魚類、甲殼類動(dòng)物、藻類）可能因暴露于含抗生素的水體中而受到毒性影響，這可能表現(xiàn)為生長減緩、生殖能力下降，甚至死亡。

抗生素及其代謝產(chǎn)物可以通過食物鏈的累積，影響整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)，破壞水體生態(tài)平衡，打破生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能，如凈化水質(zhì)和維持生物多樣性的作用。

3 抗生素污染的控制和治理措施

3.1 利用好現(xiàn)有的污染防控技術(shù)

目前，針對水環(huán)境中的抗生素污染，已經(jīng)開發(fā)了多種處理技術(shù)和方法，旨在有效降低或消除抗生素對水體的影響。這些技術(shù)主要包括生物處理法、物理吸附法、化學(xué)氧化法和先進(jìn)的氧化技術(shù)。

生物處理法是利用微生物降解抗生素，是污水處理中常見的一種方法，但對某些難降解的抗生素處理效果有限。物理吸附法，如活性炭吸附，能夠有效去除水中的抗生素，但可能需要定期更換吸附材料?；瘜W(xué)氧化法包括氯化、臭氧化等方法，可以破壞抗生素的分子結(jié)構(gòu)，從而減少其生物活性。此外，先進(jìn)的氧化技術(shù)（如Fenton反應(yīng)、光催化和電化學(xué)氧化）被證明在去除水中抗生素方面特別有效，這些方法通過生成強(qiáng)氧化劑來破壞抗生素分子，從而有效地降解抗生素及其代謝物。然而，這些技術(shù)的應(yīng)用和效率受到多種因素的影響，包括抗生素的種類、水質(zhì)條件以及處理設(shè)施的設(shè)計(jì)和運(yùn)營等。因此，在選擇合適的處理技術(shù)時(shí)，需要考慮具體的環(huán)境條件和經(jīng)濟(jì)成本。

綜上所述，盡管目前有多種技術(shù)可用于處理水環(huán)境中的抗生素污染，但仍需對抗生素處理技術(shù)進(jìn)行研究和優(yōu)化，以提高處理技術(shù)的效率，降低運(yùn)營成本，從而進(jìn)一步減輕其對環(huán)境的次生影響[3]。

3.2 重視抗生素的合理使用

在探討水環(huán)境中抗生素污染的控制和治理措施時(shí)，抗生素的合理化使用是關(guān)鍵，這不僅涉及到減少抗生素的不當(dāng)排放，也包括提高公眾對于抗生素使用的意識。首先，合理化抗生素的使用需要從醫(yī)療系統(tǒng)開始。醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的抗生素處方管理制度，避免無必要的抗生素處方。這包括對醫(yī)務(wù)人員進(jìn)行定期培訓(xùn)，提高他們對抗生素抗藥性的認(rèn)識，以及在臨床治療中遵循精準(zhǔn)用藥的原則。同時(shí)，醫(yī)療機(jī)構(gòu)應(yīng)鼓勵(lì)使用非抗生素治療方案，只有在絕對必要時(shí)才可以使用抗生素。在公眾層面，提高全社會對抗生素濫用問題的意識也至關(guān)重要。通過相關(guān)部門的教育和媒體宣傳，提高公眾對抗生素抗藥性的認(rèn)識，鼓勵(lì)公眾合理使用抗生素。同時(shí)，提倡健康的生活方式和自然療法，減少不必要的抗生素需求也非常重要。最后，加強(qiáng)抗生素廢物的處理。醫(yī)療機(jī)構(gòu)和制藥廠應(yīng)對抗生素廢物進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砗吞幹茫苊馄溥M(jìn)入水環(huán)境。這可能包括使用特定的廢物處理技術(shù)，如高溫焚燒或化學(xué)處理技術(shù)，以安全地消除抗生素的活性。合理化抗生素的使用是一個(gè)多方面、跨領(lǐng)域的工作，需要各級政府部門、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、農(nóng)業(yè)部門和公眾的共同努力。通過這些綜合措施，可以有效減少抗生素污染，保護(hù)水環(huán)境和公共健康。

3.3 完善水環(huán)境保護(hù)政策及法規(guī)

現(xiàn)行的環(huán)境保護(hù)政策和法規(guī)在控制抗生素污染方面發(fā)揮著重要作用。這些政策和法規(guī)提供了一個(gè)法律框架，規(guī)定了抗生素的生產(chǎn)、使用和處置標(biāo)準(zhǔn)，旨在減少抗生素進(jìn)入水環(huán)境的機(jī)會。例如，一些法規(guī)明確要求醫(yī)療機(jī)構(gòu)和制藥廠采取特定措施，以減少抗生素廢物的排放。此外，環(huán)境保護(hù)政策還強(qiáng)調(diào)了對廢水處理設(shè)施的投資和升級，從而提高了處理抗生素污染的能力和效率。這些政策通常包括對污水處理工藝的標(biāo)準(zhǔn)化要求，以確保能夠有效地去除污水中的抗生素及其代謝產(chǎn)物。

環(huán)保法規(guī)還進(jìn)一步促進(jìn)了相關(guān)部門的監(jiān)測和研究活動(dòng)，有助于相關(guān)部門更好地了解抗生素在水環(huán)境中的行為和影響，為制定更有效的控制策略提供科學(xué)的依據(jù)。在一些國家和地區(qū)，環(huán)境保護(hù)法規(guī)還包括公眾教育和意識提升活動(dòng)，從而增強(qiáng)了社會各界對抗生素污染問題的認(rèn)識。然而，這些政策和法規(guī)的實(shí)施效果在不同地區(qū)可能存在差異，而且執(zhí)行力度和監(jiān)管水平也有所不同。因此，為了進(jìn)一步有效地控制抗生素污染，需要全球范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)和合作，以及對現(xiàn)行政策和法規(guī)的不斷評估和完善。

總之，環(huán)境保護(hù)政策和法規(guī)在控制抗生素污染方面起到了基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的作用，為減輕抗生素對水環(huán)境的影響提供了法律和政策的支持。

3.4 未來抗生素污染治理的方向

未來抗生素污染控制的策略和技術(shù)發(fā)展，主要集中在提高現(xiàn)有處理方法的效率、開發(fā)新的去除技術(shù)和實(shí)施綜合性管理策略等方面。

3.4.1 技術(shù)創(chuàng)新方面

預(yù)計(jì)未來將有更高效的生物處理方法被開發(fā)出來，例如可以利用特定微生物或酶來降解醫(yī)療廢水中的抗生素，以及利用先進(jìn)的基因工程技術(shù)來培育具有高效降解能力的微生物。此外，物理和化學(xué)處理方法如先進(jìn)的氧化過程（AOPs）、吸附技術(shù)和納米技術(shù)也將繼續(xù)發(fā)展，從而提高抗生素的去除率并降低運(yùn)營成本。

3.4.2 監(jiān)管和管理方面

未來將出現(xiàn)更加嚴(yán)格的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和排放限制，這將要求醫(yī)療機(jī)構(gòu)、制藥廠和農(nóng)業(yè)運(yùn)營商采取更加有效的污染控制措施。

加強(qiáng)對公眾的宣傳教育，提高公眾意識也是未來制定抗生素廢水治理策略的關(guān)鍵部分。通過提高公眾對抗生素污染問題的認(rèn)識，可以使抗生素的使用和處置更負(fù)責(zé)任。同時(shí)，相關(guān)人員將繼續(xù)加強(qiáng)對環(huán)境中抗生素污染的監(jiān)測和研究，以更好地理解其環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)，從而支持制定更有效的管理策略。

3.4.3 國際合作方面

考慮到抗生素污染是一個(gè)全球性問題，國際合作在未來的污染控制策略中將發(fā)揮至關(guān)重要的作用，包括共享研究成果、技術(shù)轉(zhuǎn)讓以及制定全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

總之，未來的抗生素污染控制策略將是多方面、多層次的，通過結(jié)合技術(shù)創(chuàng)新、嚴(yán)格的監(jiān)管以及公眾教育和國際合作，實(shí)現(xiàn)更有效的污染治理和環(huán)境保護(hù)[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，通過對水環(huán)境中抗生素污染的現(xiàn)狀和環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行全面分析，揭示了工業(yè)排放、醫(yī)療廢水和農(nóng)業(yè)活動(dòng)作為主要污染源對水環(huán)境造成的顯著影響，特別是在引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)失衡和抗藥性問題方面。此外，對當(dāng)前處理抗生素污染的技術(shù)和方法進(jìn)行了評估，同時(shí)分析了現(xiàn)行環(huán)境保護(hù)政策和法規(guī)在抗生素污染控制中的作用，并提出未來在抗生素污染治理方面需要采取的綜合性策略，包括技術(shù)創(chuàng)新、政策法規(guī)完善和公眾教育。

總之，為了有效應(yīng)對水環(huán)境中的抗生素污染，需要從源頭控制，并運(yùn)用有效的控制和治理措施，切實(shí)解決抗生素污染問題，進(jìn)一步提升水環(huán)境整體質(zhì)量。