水環(huán)境中抗生素環(huán)境污染現(xiàn)狀及治理方法研究進展

(樂山師范學院化學學院 四川 樂山 614000)

引言

抗生素作為一類能夠抑制微生物活性的化合物，在促進畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展方面做出了突出的貢獻，但抗生素濫用現(xiàn)象也帶來了一系列環(huán)境問題。研究發(fā)現(xiàn)環(huán)境中存在的殘留抗生素仍具有一定的抗菌活性，會誘導(dǎo)環(huán)境中耐藥性致病菌的出現(xiàn)，從而對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生威脅[1]。抗生素已成為一類備受國內(nèi)外環(huán)境領(lǐng)域研究人員重視的新型污染物，成為研究人員關(guān)注的熱點。

一、國內(nèi)外水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀

(一)國內(nèi)水環(huán)境抗生素污染現(xiàn)狀

近幾年來廣大研究人員對水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀的調(diào)查研究表明我國地表水、地下水不同程度的抗生素污染現(xiàn)象。劉昔等人[1]對我國長江三角洲、珠江三角洲、黃河三角洲、江漢平原、巢湖流域等地區(qū)水環(huán)境的抗生素污染現(xiàn)狀進行了調(diào)查研究，檢出了17種抗生素殘留物，總含量在119.6～894.6ng/L。Zhang等人[2]揭示了我國環(huán)境中主要的抗生素類型及抗生素污染的空間分布狀況，東部沿海的珠江流域檢出濃度超過1000ng/L的阿莫西林、氟洛芬等7種抗生素。Hu等人[3]對我國天津市有機蔬菜基地的地下水抗生素污染水平進行檢測分析，檢測結(jié)果表明在地下水中含有多種抗生素殘留物，磺胺類抗生素含量達78.3ng/L。

(二)國外水環(huán)境抗生素污染現(xiàn)狀

與我國抗生素的生產(chǎn)和使用情況相比，國外抗生素的產(chǎn)量和使用量均遠低于我國，但在水環(huán)境中仍檢測到了不同種類的低濃度抗生素殘留物。Lindsey等人[4]對于美國華盛頓州的地下水的抗生素進行檢測，在河流中檢測出濃度大約為220ng/L的磺胺甲基異唑。Hirsch等人[5]在污水處理廠周圍的廢水中檢測出濃度高達50和20ng/L的四環(huán)素和青霉素。

二、水環(huán)境中抗生素的環(huán)境行為

抗生素在水環(huán)境中的遷移包括吸附作用，生物性遷移等?？股匚侥芰娙?，決定抗生素在水環(huán)境中遷移的難易程度。生物性遷移是指水環(huán)境中的抗生素可積累于魚蝦等生物體內(nèi)或被其水生植物吸收，富集的過程是通過食物鏈實現(xiàn)的?？股氐霓D(zhuǎn)化主要有生物轉(zhuǎn)化和非生物轉(zhuǎn)化兩大類。其中生物轉(zhuǎn)化作用是水環(huán)境中抗生素殘留物降解的主要行為。非生物轉(zhuǎn)化行為則主要有水解和光解兩種方式。光降解按照機理不同分為直接光降解與間接光降解。水解行為是指抗生素進入水環(huán)境后通過水解作用對自身進行降解的行為。

三、水環(huán)境中殘留抗生素污染治理方法

(一)吸附

吸附法的優(yōu)點有操作簡便、成本低、效率高、無高毒性副產(chǎn)物風險等。巢艷紅[6]設(shè)計合成了類石墨烯型氮化硼(g-BN),研究這種新型吸附劑對水中抗生素的吸附性能。實驗通過一系列的吸附-脫附表征顯示合成的g-BN是B、N兩元素構(gòu)成的具有六方蜂窩狀準二維片層結(jié)構(gòu)的類石墨烯型少層材料,其比表面積遠大于商品級氮化硼，對抗生素具有更好的吸附性能。Chen[7]等人用AlO2來吸附四環(huán)素類抗生素，結(jié)果表明吸附率均達到50%以上，但是，在吸附過程中，AlO2會有催化劑的作用，使污染物化學結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

(二)高級氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Process，AOPs)

治理水環(huán)境中抗生素污染常用的一些高級氧化技術(shù)有：臭氧氧化法、Fenton氧化法、半導(dǎo)體光解法等高級氧化技術(shù)。

Li等人[8]用臭氧氧化法研究土霉素在3個pH值(3、7和11)條件下的分解，實驗結(jié)果表明，污水中的土霉素可以有效地被去除，并且在pH=7時其分解速率最高。祁佩時[9]等人用Fenton氧化和活性炭吸附聯(lián)用來處理廢水中的抗生素，通過多次實驗探究去除抗生素效率的條件。Palominos等人[10]研究降解四環(huán)素類抗生素，發(fā)現(xiàn)光催化降解四環(huán)素的去除率可達98%以上。光催化技術(shù)在工程應(yīng)用中存在的主要問題是如何研發(fā)易于回收，能對太陽光有更好相應(yīng)的高效光催化劑。

(三)生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)就是利用不同微生物在不同條件下以水體中的抗生素殘留物為營養(yǎng)基質(zhì)，通過生物代謝將其降解，楊軍等人[11]研究了用單相中溫升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器對林可霉素生產(chǎn)廢水的處理工藝，實驗測定時發(fā)現(xiàn)在處理一些難降解高濃度的抗生素廢水時，需要有能維持長時間的固體停留時間(SRT)和水力停留時間(HRT)的反應(yīng)器，并通過研究厭氧生物處理動力學，他們發(fā)現(xiàn)不可生物降解的物質(zhì)約占COD比例的1/3，這可能是影響降解效果的原因。馮婧微等人[12]研究水解酸化-厭氧-好氧組合工藝，并且比較了相同體積的厭氧復(fù)合床反應(yīng)器(UBF)和周期循環(huán)活性污泥系統(tǒng)(CASS)，發(fā)現(xiàn)這兩種系統(tǒng)都能有效處理廢水中的抗生素。

四、結(jié)語

抗生素的大量使用使其成為一種不容忽視的新型污染物。不同治理方法對抗生素殘留物的處理各有不足，基于對水環(huán)境中低濃度抗生素去除方法研究現(xiàn)狀的分析，未來可在以下兩方面開展深入的研究：一是進一步深入調(diào)查和分析典型水體中不同抗生素的污染水平及生物毒理效應(yīng)；二是開發(fā)在太陽光照射下高效、穩(wěn)定、易回收的半導(dǎo)體光催化材料，提高光催化技術(shù)在低濃度抗生素污染水體治理領(lǐng)域的應(yīng)用。