抗生素在城市污水處理系統(tǒng)中的分布及去除

李新

摘 要：依據(jù)國(guó)內(nèi)外研制出來的結(jié)果來看，總結(jié)了諸多類型的抗生物使用到處理廠污水及其去除環(huán)節(jié)中的基本情況。得到的結(jié)果顯示，不同國(guó)家處理廠污水中含有的抗生素類型及其濃度等方面都存在著一定的區(qū)別。這是由于污泥中含有的抗生素殘留實(shí)質(zhì)上是利用污泥具有的吸附功能，而殘留會(huì)在某種程度上受到親脂性和離子等存在的電荷產(chǎn)生影響。處于自然條件下，無(wú)論是水解還是光解等都無(wú)法對(duì)抗生素沒有產(chǎn)生良好的去除率，但是高級(jí)氧化技術(shù)會(huì)對(duì)抗生素有著較高的去除率，并且可以接近于90%以上。

關(guān)鍵詞：抗生素；城市污水處理廠；濃度分布；去除途徑

一般情況下，城市污水處理廠一般當(dāng)做污染物進(jìn)入到環(huán)境中的第一個(gè)關(guān)卡。當(dāng)前，諸多污水處理廠采取的處理技術(shù)大部分都是依據(jù)營(yíng)養(yǎng)鹽類設(shè)計(jì)出來的，但是少量抗生素?zé)o法在處理廠中清除干凈，會(huì)隨著污水處理廠出水的地方慢慢流入到水體中，進(jìn)而導(dǎo)致城市污水處理廠逐漸成為抗生素的一種重要因素。所以，相關(guān)研究人員對(duì)抗生素應(yīng)用到污水處理廠中的濃度質(zhì)量以及遷移轉(zhuǎn)化途徑進(jìn)行分析，將抗生素的去除水平加以提升，對(duì)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)加以控制起到了重要的作用。基于此，本文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析，提出自己的一些看法，供以借鑒。

1 城市污水處理廠抗生素的來源和濃度分布

1.1 城市污水中抗生素的來源

抗生素按用途分為醫(yī)用和獸用，世界各國(guó)2類抗生素的使用量和各類抗生素占總使用量的比例有所差別。1999年，國(guó)外某些國(guó)家共消耗抗生素13288t，其中65%是醫(yī)用，29%是動(dòng)物養(yǎng)殖獸藥，6%是動(dòng)物生長(zhǎng)促進(jìn)劑。2000年，國(guó)外消耗抗生素16200t，其中70%用于動(dòng)物，30%用于人類。進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)的醫(yī)用抗生素主要來源于醫(yī)院廢水中殘留的藥物和病人的排泄物，制藥廢水的流失藥物，居民生活丟棄的過期藥物和排泄物等。獸用抗生素則多來自獸用抗生素企業(yè)的生產(chǎn)廢水，寵物醫(yī)院廢水和養(yǎng)殖場(chǎng)廢水，居民生活污水中也含有部分獸用抗生素。

1.2 污泥中的抗生素濃度

抗生素通過吸附作用殘留在污泥中，當(dāng)污泥用于農(nóng)田施肥或者垃圾填埋時(shí)，進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，污染土壤，進(jìn)而威脅地表水和地下水系統(tǒng)的安全?？股卦谒械娜芙舛?、固-液相中的分配系數(shù)、親脂系數(shù)Kow和表面所帶電荷等因素會(huì)影響其在污泥中的殘留濃度。依據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，污泥中殘留的抗生素濃度與抗生素使用量關(guān)系不大。如在我國(guó)四環(huán)素類抗生素和氟喹諾酮類抗生素在使用上不如β-內(nèi)酰胺類和磺胺類抗生素使用廣泛，但這2類抗生素在污泥中的殘留濃度高于后2類。與污水相比，目前污泥中抗生素殘留濃度水平和去除工藝的研究較少。但是污泥中積累的抗生素可能會(huì)隨污泥回用農(nóng)田進(jìn)入土壤生態(tài)系統(tǒng)，誘導(dǎo)土壤微生物產(chǎn)生抗性基因，因此研究人員應(yīng)加強(qiáng)去除污泥中抗生素工藝的研究。

2 城市污水處理廠對(duì)抗生素的去除途徑

2.1 物理化學(xué)作用

2.1.1 水解

水解作用是水體中抗生素的降解方式之一，主要針對(duì)可溶性的抗生素。β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類和磺胺類抗生素易溶于水，發(fā)生水解。pH是影響抗生素水解程度與速率的重要因素。β-內(nèi)酰胺類在弱酸條件下水解較快，磺胺類抗生素在酸性條件下易水解，而在中性條件下幾乎沒有水解。四環(huán)素、土霉素、金霉素的水解速率與pH和溫度顯著相關(guān)。

2.1.2 光解

光解作用被認(rèn)為是表層水中抗生素非生物去除的首要途徑，污水處理廠處理工藝大部分構(gòu)筑物露天設(shè)置，在陽(yáng)光作用下，可以發(fā)生光解。光解作用可分為直接光解和間接光解，直接光解是指抗生素直接吸收光子降解，而間接光解是指水中的一些自然光敏物質(zhì)，如硝酸鹽和腐植酸在太陽(yáng)光的照射下會(huì)產(chǎn)生一些基團(tuán)，如·OH和1O2，這些基團(tuán)吸收光子后，作用于抗生素，引發(fā)抗生素的降解。目前報(bào)道的自敏化光解主要為自敏化光氧化，即有機(jī)污染物吸收光子后，生成的激發(fā)三線態(tài)將能量轉(zhuǎn)移給其他物質(zhì)（如基態(tài)3O2、H2O），產(chǎn)生活性氧物種ROS，如1O2、·OH等，ROS再將化合物氧化降解。

2.2 生物降解

通常情況下，抗生物中的生物降解質(zhì)量極其相關(guān)程度都會(huì)對(duì)以下幾種因素帶來影響：一種是自身結(jié)構(gòu)；另一種是濃度的影響。不僅僅如此，還有可能會(huì)受到運(yùn)行條件、微生物的基本狀況等相關(guān)因素帶來的影響。而研究次數(shù)較多的因素主要有以下幾種：第一種是因子有供氧狀況（這里可以包含好氧、缺氧抑或是厭氧）；第二種是HRT；第三種是SRT等。我國(guó)有一些研究人員在某城市的6個(gè)處理廠中對(duì)磺胺類抗生素存在的濃度進(jìn)行研究，所得到的結(jié)果可以看出，磺胺類抗生素倘若是在缺氧時(shí)期及其好氧時(shí)期做出了去除的工作，那么在厭氧時(shí)期就會(huì)出現(xiàn)增加的情況，并且會(huì)發(fā)生負(fù)去除的現(xiàn)象。還有一些研究人員通過對(duì)好氧、缺氧及其厭氧對(duì)土霉素降解的具體狀況進(jìn)行了研究，得到的結(jié)果可以得知，無(wú)論是哪一種污泥都會(huì)對(duì)土霉素存在的降解水平帶來影響，依據(jù)從高到低的順利是：第一是好氧污泥、第二是缺氧污泥、第三是厭氧污泥。不僅僅如此，諸多研究人員還對(duì)活性污泥處理手段中的SRT及其HRT來對(duì)抗生素存在的降解情況進(jìn)行了分析，有關(guān)研究人員認(rèn)為將HRT因素提高不會(huì)對(duì)四環(huán)素的去除水平帶來較大的干擾，但是增加了SRT能夠推動(dòng)四環(huán)素實(shí)現(xiàn)降解的目的。還有某些研究人員發(fā)現(xiàn)，將ABR通過反應(yīng)得到的HRT從以前的1.25d提升到現(xiàn)在的2.5d，得到的氨芐西林去除率從原來的16.4%提升到42.1%，得到的金霉素去除率從原來的25.9%提升到31.3%。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過以上內(nèi)容的論述，對(duì)抗生素類物質(zhì)進(jìn)行研究的過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)以下幾點(diǎn)引起必要的重視：（1）對(duì)于抗生物物理化學(xué)性質(zhì)來說，使用次數(shù)較多的檢測(cè)手段就非質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)莫屬了。當(dāng)前我國(guó)一些實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)慢慢引入了該項(xiàng)新型技術(shù)，然而當(dāng)前相關(guān)研究人員對(duì)抗生素的濃度進(jìn)行檢測(cè)大部分還停留到進(jìn)出口食品行列，但是卻對(duì)污水存在的抗生素濃度沒有過多的檢測(cè)次數(shù)，并且污染處理體系中抗生素濃度數(shù)據(jù)卻處于匱乏的狀態(tài)。（2）我國(guó)一些研究人員當(dāng)前研究的主要內(nèi)容是集于抗生素在不同處理手段中具有的效率極其不同工藝對(duì)抗生素的去除質(zhì)量，但是卻沒有采取恰當(dāng)?shù)姆桨溉パ芯靠股卦谖鬯幚眢w系中會(huì)產(chǎn)生的影響極其相關(guān)因素，無(wú)法建立相應(yīng)的模型，這樣也無(wú)法對(duì)污水處理體系中存在抗生素的遷徙轉(zhuǎn)化做出準(zhǔn)確的判斷。（3）我國(guó)建設(shè)成功的大部分處理工藝的主要任務(wù)傾向于對(duì)氮磷等常規(guī)污染物的去除，并且常規(guī)污染物主要依賴于以往污水處理工藝可以得到合理的去除。然而以往污水處理工藝在對(duì)抗生素進(jìn)行去除的時(shí)候往往沒有較高的去除率，甚至可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)去除的情況。所以，相關(guān)研究人員需要依據(jù)抗生素等相關(guān)污染物，對(duì)其處理工藝加大開發(fā)力度，也是當(dāng)前值得研究的課題之一。

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