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

(樂(lè)山師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院 四川 樂(lè)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(jìn)畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展方面做出了突出的貢獻(xiàn)，但抗生素濫用現(xiàn)象也帶來(lái)了一系列環(huán)境問(wèn)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(huì)誘導(dǎo)環(huán)境中耐藥性致病菌的出現(xiàn)，從而對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生威脅[1]?？股匾殉蔀橐活悅涫車?guó)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(diǎn)。

一、國(guó)內(nèi)外水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀

(一)國(guó)內(nèi)水環(huán)境抗生素污染現(xiàn)狀

近幾年來(lái)廣大研究人員對(duì)水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀的調(diào)查研究表明我國(guó)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(duì)我國(guó)長(zhǎng)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(jìn)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(guó)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(guò)1000ng/L的阿莫西林、氟洛芬等7種抗生素。Hu等人[3]對(duì)我國(guó)天津市有機(jī)蔬菜基地的地下水抗生素污染水平進(jìn)行檢測(cè)分析，檢測(cè)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(dá)78.3ng/L。

(二)國(guó)外水環(huán)境抗生素污染現(xiàn)狀

與我國(guó)抗生素的生產(chǎn)和使用情況相比，國(guó)外抗生素的產(chǎn)量和使用量均遠(yuǎn)低于我國(guó)，但在水環(huán)境中仍檢測(cè)到了不同種類的低濃度抗生素殘留物。Lindsey等人[4]對(duì)于美國(guó)華盛頓州的地下水的抗生素進(jìn)行檢測(cè)，在河流中檢測(cè)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(cè)出濃度高達(dá)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?qiáng)弱，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(yú)蝦等生物體內(nèi)或被其水生植物吸收，富集的過(guò)程是通過(guò)食物鏈實(shí)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(jī)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(jìn)入水環(huán)境后通過(guò)水解作用對(duì)自身進(jìn)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(diǎn)有操作簡(jiǎn)便、成本低、效率高、無(wú)高毒性副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)等。巢艷紅[6]設(shè)計(jì)合成了類石墨烯型氮化硼(g-BN),研究這種新型吸附劑對(duì)水中抗生素的吸附性能。實(shí)驗(yàn)通過(guò)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(zhǔn)二維片層結(jié)構(gòu)的類石墨烯型少層材料,其比表面積遠(yuǎn)大于商品級(jí)氮化硼，對(duì)抗生素具有更好的吸附性能。Chen[7]等人用AlO2來(lái)吸附四環(huán)素類抗生素，結(jié)果表明吸附率均達(dá)到50%以上，但是，在吸附過(guò)程中，AlO2會(huì)有催化劑的作用，使污染物化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

(二)高級(jí)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(jí)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(jí)氧化技術(shù)。

Li等人[8]用臭氧氧化法研究土霉素在3個(gè)pH值(3、7和11)條件下的分解，實(shí)驗(yàn)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(shí)其分解速率最高。祁佩時(shí)[9]等人用Fenton氧化和活性炭吸附聯(lián)用來(lái)處理廢水中的抗生素，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)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(dá)98%以上。光催化技術(shù)在工程應(yīng)用中存在的主要問(wèn)題是如何研發(fā)易于回收，能對(duì)太陽(yáng)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(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，通過(guò)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(duì)林可霉素生產(chǎn)廢水的處理工藝，實(shí)驗(yàn)測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)在處理一些難降解高濃度的抗生素廢水時(shí)，需要有能維持長(zhǎng)時(shí)間的固體停留時(shí)間(SRT)和水力停留時(shí)間(HRT)的反應(yīng)器，并通過(guò)研究厭氧生物處理動(dòng)力學(xué)，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(yǔ)

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(duì)抗生素殘留物的處理各有不足，基于對(duì)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(lái)可在以下兩方面開(kāi)展深入的研究：一是進(jìn)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(kāi)發(fā)在太陽(yáng)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。