水環(huán)境中抗生素污染現(xiàn)狀與檢測(cè)要點(diǎn)探究

崇明區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站 王清琪

抗生素作為一種抑制微生物活性的化合物，極大地促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，但抗生素的濫用也造成了一些環(huán)境問(wèn)題，研究表明，環(huán)境中的抗生素殘留仍具有一定的抗菌活性，這可能導(dǎo)致環(huán)境耐藥性，并對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境構(gòu)成威脅。抗生素已成為一種新型污染物，引起了環(huán)境研究人員的廣泛關(guān)注。

一、我國(guó)水生環(huán)境中抗生素的來(lái)源

我國(guó)水生環(huán)境中的抗生素主要來(lái)源于污水處理廠、制藥廠、醫(yī)院、農(nóng)牧業(yè)等，而大部分抗生素被排放到水生環(huán)境中，現(xiàn)有的污水處理廠中很難去除，最后，大多數(shù)抗生素滲入水中，污染地表水，含抗生素的農(nóng)藥通過(guò)土壤進(jìn)入地下水，污染地下水資源。

（一）地表水抗生素污染

在我國(guó)地表水中檢測(cè)到多種抗生素，其含量均超標(biāo)，有研究發(fā)現(xiàn)抗菌藥物68種，非抗菌藥物90種，主要分布在沿海發(fā)達(dá)城市，一些抗生素生產(chǎn)企業(yè)擅自排放抗生素廢水，嚴(yán)重污染地表水；一些醫(yī)院廢物未經(jīng)進(jìn)一步處理就排入下水道，造成嚴(yán)重污染；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，植物體內(nèi)存在大量的抗生素農(nóng)藥殘留，通過(guò)雨水進(jìn)入地下水，污染地表水。

（二）污水處理廠廢水中的抗生素污染

大多數(shù)抗生素在使用后難以代謝和分解，從人類(lèi)廢水中排放。然而，污水處理站目前的技術(shù)很難處理藥物殘留，大部分抗生素仍然存在于污水處理站。

（三）抗生素污染地下水

抗生素可以污染地表水和過(guò)濾垃圾滲濾液中的地下水，研究人員在地下水中發(fā)現(xiàn)了抗生素，在許多地區(qū)污染了地下水，并研究了抗生素在水生環(huán)境中的轉(zhuǎn)化理論，目前，對(duì)地下水中抗生素的研究越來(lái)越多。

二、抗生素在水生環(huán)境中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

（一）對(duì)水生微生物的危害

抗生素的主要作用是抑制某些細(xì)菌的生長(zhǎng)，但近年來(lái)許多抗生素被廣泛應(yīng)用，一些代謝和凈化不足的抗生素直接進(jìn)入水生環(huán)境，容易破壞環(huán)境中的微生物，特別是水中或土壤中的非耐藥細(xì)菌被直接殺死，而耐藥強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)菌廣泛傳播。相關(guān)研究表明，抗生素會(huì)導(dǎo)致致病菌產(chǎn)生抗生素耐藥性，特別是在動(dòng)物性食品中長(zhǎng)期添加抗生素后，許多抗生素致病菌會(huì)逐漸出現(xiàn)，可能對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物健康產(chǎn)生不利影響。

（二）對(duì)植物和水生生物的危害

部分抗生素通過(guò)畜禽糞便進(jìn)入水生環(huán)境，或以肥料的形式污染農(nóng)田，影響作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。研究表明，一些抗生素，如氟喹諾酮類(lèi)，可能會(huì)影響塑料基因的復(fù)制。磺胺類(lèi)和三氯苯類(lèi)可能會(huì)影響作物的正常代謝，如葉酸和脂肪酸的合成，磺胺嘧啶對(duì)玉米等作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響。同時(shí)，許多植物的根和葉，特別是根，含有大量的磺胺嘧啶，水生環(huán)境中抗生素水平較低，一般不會(huì)引起水生生物急性中毒；然而，長(zhǎng)期接觸低濃度藥物可導(dǎo)致水生生物長(zhǎng)期中毒，水生環(huán)境或水生生物中的抗生素殘留可能對(duì)某些相似或相同的水生生物造成危害。目前，抗生素有很多種，四氯環(huán)己烷和五氯硝基苯的毒性不是很高，但EC50指數(shù)在36.39mg/L～938.42mg/L之間，說(shuō)明毒性存在差異。

（三）對(duì)人體健康的危害

食品和飲用水中的抗生素殘留物直接危害人體健康，動(dòng)物飼料和飲用水中含有的抗生素，可以?xún)?chǔ)存在動(dòng)物體內(nèi)。當(dāng)人們食用含有抗生素殘留物的食物時(shí)，抗生素殘留物會(huì)以肉、蛋和奶的形式產(chǎn)生。雖然抗生素往往通過(guò)飲用水進(jìn)入人體，但飲用水中抗生素的濃度通常不高，對(duì)人體的急性過(guò)敏反應(yīng)也不是很直接。

三、抗生素污染現(xiàn)狀

（一）中國(guó)的抗生素污染

Zhang等人的研究結(jié)果表明，珠江流域污染最嚴(yán)重的地區(qū)是南方，阿莫西林的濃度最高（3384ng/L），其次是氟碳化合物（2867ng/L），諾氟沙星和青霉素的濃度均在1000ng/L以上。

同時(shí)，Wang等人在學(xué)生尿液中檢測(cè)到18種抗生素，其中恩諾沙星、氯霉素和土霉素含量最高（4.2%），說(shuō)明我國(guó)抗生素使用比例較高，在被抗生素污染的環(huán)境中，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的耐藥細(xì)菌，人體也會(huì)對(duì)抗生素產(chǎn)生耐藥性，從而對(duì)人體健康構(gòu)成威脅。

（二）國(guó)外抗生素污染

低劑量抗生素在國(guó)內(nèi)外都有發(fā)現(xiàn)，戴秉國(guó)等在日本一家飲用水處理廠的水中檢測(cè)到磺酰胺類(lèi)興奮劑，在瑞士、西班牙、美國(guó)和希臘污水處理廠不同濃度硫酸鹽型興奮劑、硫酸鹽型興奮劑、氧氟沙星、氨芐西林、甲氧基甲基苯丙胺和磺酰脲的檢出率均在70%以上，三甲氧基苯丙胺的檢出率為91.7%。根據(jù)疾控中心的報(bào)告，每年有1.8萬(wàn)噸抗生素被用于農(nóng)業(yè)和牲畜，其中70%用于促進(jìn)生長(zhǎng)。

在丹麥，每年有24公斤的萬(wàn)古霉素用于人類(lèi)治療，而在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用了24000公斤碳水化合物抗生素，國(guó)外的污染比中國(guó)嚴(yán)重得多，然而，因?yàn)榭股睾茈y分解和抑制細(xì)菌，抗生素的潛在危害是可以預(yù)防的。

發(fā)達(dá)國(guó)家的抗生素水平和種類(lèi)都低于我國(guó)，說(shuō)明發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)抗生素的治療比我國(guó)嚴(yán)重，對(duì)人、動(dòng)物使用抗生素的限制也更嚴(yán)格?；前粪奏な且环N獸藥，這也說(shuō)明了抗生素在水產(chǎn)養(yǎng)殖和加工中并不完善；在湄公河三角洲地區(qū)發(fā)現(xiàn)少量磺胺嘧啶類(lèi)殘留，抗生素12種，僅檢出4種；在日本和越南，可能有更多的抗生素和更少的醫(yī)用抗生素。

四、水生環(huán)境中抗生素的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化及預(yù)防措施

抗生素在水環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化：

（1）吸附?？股赝ㄟ^(guò)分子間的作用力吸附在水中，在有機(jī)物質(zhì)或顆粒的表面形成吸附位點(diǎn)或分子官能團(tuán)（如醛、胺和有機(jī)化合物），一般來(lái)說(shuō)，吸附能力強(qiáng)的抗生素在環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定，容易被吸附。

（2）水解。這是一種非常有效的降解水中抗生素的方法，目前研究的重點(diǎn)是pH值對(duì)抗生素降解的影響，結(jié)果表明，在中性pH的水中，大固體和磺胺類(lèi)藥物的降解速度相對(duì)較慢，活性較低，β-乳酸類(lèi)抗生素在低堿性、低酸性水環(huán)境中反應(yīng)迅速，腦脊液被水解，無(wú)論水是酸、堿還是中性。

（3）光解。自然環(huán)境中的光、pH值和光敏因子都會(huì)影響光降解，在光降解過(guò)程中，活性氧如H2O和O2與抗生素相互作用并降解。在光環(huán)境下，光敏分子吸收光子，使其處于激發(fā)態(tài)，然后將激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)移到抗生素上，反應(yīng)，最終降解。

（4）微生物降解。在微生物的影響下，抗生素開(kāi)始將大分子化合物由小分子降解為H2O和CO2，水分、溫度和含氧量是影響微生物降解的主要因素。

五、水生環(huán)境中抗生素的檢測(cè)方法

抗生素對(duì)水環(huán)境的污染比其他環(huán)境更為嚴(yán)重，雖然水中抗生素隨著時(shí)間和空間的減少而減少，但只有一小部分被降解，更多的抗生素滯留在水中，繼續(xù)對(duì)水生環(huán)境產(chǎn)生不利影響。

（一）高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（HPLC-MS/MS）

姜蕾[1]等在黃浦江上游采集的水樣中發(fā)現(xiàn)了11種抗生素，抗生素的最高濃度為36.85ng/l，該方法簡(jiǎn)便、靈敏。

（二）液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜（LC-MS/MS）

吳維[2]等采用LC-MS/MS對(duì)水中30種抗生素進(jìn)行了測(cè)定，最小值為1.5ng/L，該方法分離效果好，能有效區(qū)分不同類(lèi)型的抗生素。

（三）UASB-A/O-Fenton組合工藝

謝永磊[3]等采用uasb-a/o-fenton工藝處理四環(huán)素類(lèi)抗生素廢水，裂化速率、氨氮、總氮和色度分別降至初始值的3%、20%、23%和10%，可以有效減少?gòu)U水中污染物對(duì)環(huán)境的影響。

（四）固相萃取-超高相液相色譜法（HLB-UPLC）

崔先鋒[4]等采用HLB超高效液相色譜法測(cè)定了水產(chǎn)養(yǎng)殖水中磺胺類(lèi)藥物的含量，結(jié)果表明，不同地區(qū)養(yǎng)殖水體中8種磺胺類(lèi)藥物的總含量為0.25-20.26mg/L，可有效檢測(cè)環(huán)境中抗生素的含量。

（五）固相萃取高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜分析

劉錦準(zhǔn)等采用HLB-UPLC-MS/MS法測(cè)定水中9種抗生素，該方法可有效檢測(cè)0.5-20.0μg，最低檢測(cè)濃度為0.01-0.22ng/L，可用于環(huán)境水體中抗生素殘留的分析。

六、水生環(huán)境中抗生素殘留污染的控制方法

（一）吸附

方法簡(jiǎn)單，成本低，g-bn對(duì)水中抗生素的吸附能力，具有一定的吸附和解吸能力，合成的g-bn是一種由B和n元素組成的六方蜂窩型近二維模型涂層材料，具有良好的抗生素吸附能力。利用蘆薈吸附四環(huán)素抗生素，吸附率大于50%。然而，蘆薈在吸附過(guò)程中起到催化劑的作用，改變了污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。

（二）高級(jí)氧化工藝（AOPs）

臭氧氧化、硫離子氧化和半導(dǎo)體光解是控制抗生素水污染常用的高級(jí)氧化技術(shù)，氧、氧、氯和環(huán)己烷在3個(gè)pH值（3，7，11）下的分解，該方法能有效去除廢水中的氧環(huán)己烷，pH=7時(shí)降解率最高，許多實(shí)驗(yàn)研究了消除抗生素的條件。Palominos對(duì)四環(huán)素類(lèi)抗生素的降解進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)四環(huán)素類(lèi)抗生素的光催化降解率超過(guò)98%，光催化技術(shù)在工程應(yīng)用中的主要問(wèn)題是如何開(kāi)發(fā)一種高效、易回收、對(duì)光反應(yīng)性好的光催化劑。

（三）生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是指將水中不同微生物產(chǎn)生的抗生素殘留物作為不同條件下的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，通過(guò)生物代謝降解抗生素殘留物。楊軍等采用單相厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）處理克拉霉素廢水。反應(yīng)器需要較長(zhǎng)的固體停留時(shí)間（SRT）和水力停留時(shí)間（HRT）。厭氧生物處理動(dòng)力學(xué)研究表明，不可降解物質(zhì)約占COD的三分之一，可能是導(dǎo)致降解效果的原因。馮敬偉等對(duì)厭氧-好氧聯(lián)合水解酸化工藝進(jìn)行了研究，并對(duì)同容積循環(huán)活性污泥系統(tǒng)（CASS）厭氧復(fù)合床反應(yīng)器（UBF）進(jìn)行了比較，兩種系統(tǒng)均可有效處理廢水中的抗生素。

七、結(jié)束語(yǔ)

目前，隨著國(guó)家醫(yī)療工業(yè)的快速發(fā)展，抗生素的使用也越來(lái)越多，但是抗生素的濫用仍然很明顯，由于生活污水處理技術(shù)不是很先進(jìn)，對(duì)水生環(huán)境抗生素污染的研究成果較少，因此，我們應(yīng)研究水體中抗生素污染問(wèn)題，建立全面的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，探索和研究更好的抗生素殘留檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用防控技術(shù)，不斷加大新的研發(fā)力度。