城市污水處理系統中抗生素的分布及去除

王珂珂

摘要：根據目前國內外對城市污水處理的研究與發現，抗生素廣泛存在于城市污水當中，我國城市污水中抗生素的分布也比較嚴重，并且濃度也不容樂觀，結果表明四環素類和磺胺類最高濃度達到1000-10000ng/L，高出世界平均水平近10倍，因此研究抗生素的分布是具有一定的現實意義。本文一方面闡述了抗生素在城市污水處理系統中分布情況，一方面提出一些去除方案，一般自然條件下，包括水解和光解去除效率較低，然后人工濕地和膜過濾結合的方案一定程度上提高了去除效率，理論上可達到87%。

關鍵詞：抗生；污水處理； 氧化；膜過濾

引言：中國是抗生素大國，也是抗生素生產大國，一定程度上抗生素的使用比較泛濫，據1995- 2007年的世界衛生組織疾病分類調查，中國抗生素使用達到疾病治療總數的80%，這些數據表明中國成為世界上抗生素使用最嚴重也是最泛濫的國家。由于抗生素的濫用，使得醫療垃圾進入城市污水處理系統，對污水處理工藝提出了新的要求。

污水處理廠是城市處理污水的第一道防線，是人與環境之間重要的環節，目前我國較多城市的污水處理系統的技術比較常規，對抗生素的去除不夠徹底，從而最終導致抗生素進入自然環境，可能增強細菌病毒的抗藥性，形勢非常嚴峻。本文研究就是為了改善污水處理中對抗生素去除不良的現狀，揭示了我國城市污水處理系統的缺陷，具有顯著的現實意義和實用價值。

1 污水中抗生素的來源和濃度分布

1.1 來源。根據歐盟衛生機構的調查研究發現，抗生素的來源主要分為三種種，70%來自醫用，22%來自動物養殖使用，8%來自動物生長激素。進入城市污水處理系統的較大部分來自醫用抗生素，包括醫療垃圾廢水、居民生活藥品垃圾，居民生活污水中和家禽養殖企業也一定程度排除含有較高濃度的抗生素，如圖1為抗生素在環境中的遷移過程。

1.2 濃度分布。各國污水處理廠污水中抗生素含量如表1所示。表1表明，抗生素種類與濃度在世界各國中有較大差異。從中可以明顯的看出，中國是抗生素大國，由于我國對于抗生素的使用量沒有嚴格的規定，也沒有強制的限制，因此使用必將導致一定程度上的泛濫。根據國家藥品質檢總局和衛生部門的聯合調查發現，不完全統計，抗菌類藥物占據了83.3%，也就是說12種藥品中就有10種抗生素藥品。所以我國城市污水中殘留的各類抗生素遠高于其他國家，尤其是磺胺類抗生素。我國城市污水中5種磺胺類抗生素的最大濃度均1400ng/L以上，而韓國、美國、西班牙和法國較正常。2 抗生素去除途徑

2.1 水解。污水中抗生素的降解最基本的方式為水解作用。這種方法一般主要針對某一部分可溶抗生素，例如易溶于水而發生水解的β-內酰胺類、大環內酯類和磺胺類抗生素，其中溶解的速率總和pH值和溫度有關。如果能實現弱酸環境β-內酰胺類能夠很快的水解，磺胺類抗生素也一樣，這兩者在堿性或者中性的情況下幾乎沒有水解。

2.2 人工濕地法。人工濕地根據水流方向分為表面流濕地（surface free water constructed wetland）、潛 流 濕 地（horizontal subsurface flow constructed wetland）和垂直流濕地（vertical subsurface flow constructed wetland）三種。采用礫石填料的是潛流濕地。這種濕地當中兼性厭氧微生物比較活躍，因此這些微生物可以有效的講解抗生素，并且這種趨勢潛流一直在蔓延。抗生素通過潛流濕地中的植物蒸騰作用轉化排放到生態圈，并且也可以通過植物酶或酶輔助因子降解、破壞。而水流在這一系統中一直處于落空運行狀態，當環境條件不允許的時候，水解和光解較難進行，因此這對喹諾酮類去除效果相對較差。

人工濕地對殘留抗生素的去除效率提高的問題一直受到很多研究者的研究，其中文獻中一部分學者對工藝提出了猜想并且進行了改造試驗。人工濕地不同類型的自由組合對磺胺甲唑的去除率是單一潛流濕地去除率的2.1倍，在人工濕地前加上升流式厭氧污泥處理設備對某些難去除污染物的去除效率遠高于單一人工濕地處理系統的去除效率。

2.3 膜過濾。利用選擇透過性的薄膜的特點而產生的方案即膜過濾法，按照膜孔徑的大小和分離驅動力劃分一般可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）、滲析（Dialysis）、電滲析（ED）、滲透氣化（PV）。這種方法使用之前必須將污水進行一定的初步處理，因為膜孔徑細，成本高，容易被污染，最好提供其他成份已經去除的污水，進而單純的分離出抗生素成份。微濾/反滲透對污水深度處理效率十分高，但是超濾不能有效去除分子量較小的抗生素，由于其孔徑較大的原因，導致特定的抗生素的去除率只有40%左右。

參考文獻

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