水环境中抗生素环境污染现状及治理方法研究进展

(乐山师范学院化学学院 四川 乐山 614000)

引言

抗生素作为一类能够抑制微生物活性的化合物，在促进畜禽养殖业发展方面做出了突出的贡献，但抗生素滥用现象也带来了一系列环境问题。研究发现环境中存在的残留抗生素仍具有一定的抗菌活性，会诱导环境中耐药性致病菌的出现，从而对人类健康和生态环境产生威胁[1]。抗生素已成为一类备受国内外环境领域研究人员重视的新型污染物，成为研究人员关注的热点。

一、国内外水环境中抗生素污染现状

(一)国内水环境抗生素污染现状

近几年来广大研究人员对水环境中抗生素污染现状的调查研究表明我国地表水、地下水不同程度的抗生素污染现象。刘昔等人[1]对我国长江三角洲、珠江三角洲、黄河三角洲、江汉平原、巢湖流域等地区水环境的抗生素污染现状进行了调查研究，检出了17种抗生素残留物，总含量在119.6～894.6ng/L。Zhang等人[2]揭示了我国环境中主要的抗生素类型及抗生素污染的空间分布状况，东部沿海的珠江流域检出浓度超过1000ng/L的阿莫西林、氟洛芬等7种抗生素。Hu等人[3]对我国天津市有机蔬菜基地的地下水抗生素污染水平进行检测分析，检测结果表明在地下水中含有多种抗生素残留物，磺胺类抗生素含量达78.3ng/L。

(二)国外水环境抗生素污染现状

与我国抗生素的生产和使用情况相比，国外抗生素的产量和使用量均远低于我国，但在水环境中仍检测到了不同种类的低浓度抗生素残留物。Lindsey等人[4]对于美国华盛顿州的地下水的抗生素进行检测，在河流中检测出浓度大约为220ng/L的磺胺甲基异唑。Hirsch等人[5]在污水处理厂周围的废水中检测出浓度高达50和20ng/L的四环素和青霉素。

二、水环境中抗生素的环境行为

抗生素在水环境中的迁移包括吸附作用，生物性迁移等。抗生素吸附能力强弱，决定抗生素在水环境中迁移的难易程度。生物性迁移是指水环境中的抗生素可积累于鱼虾等生物体内或被其水生植物吸收，富集的过程是通过食物链实现的。抗生素的转化主要有生物转化和非生物转化两大类。其中生物转化作用是水环境中抗生素残留物降解的主要行为。非生物转化行为则主要有水解和光解两种方式。光降解按照机理不同分为直接光降解与间接光降解。水解行为是指抗生素进入水环境后通过水解作用对自身进行降解的行为。

三、水环境中残留抗生素污染治理方法

(一)吸附

吸附法的优点有操作简便、成本低、效率高、无高毒性副产物风险等。巢艳红[6]设计合成了类石墨烯型氮化硼(g-BN),研究这种新型吸附剂对水中抗生素的吸附性能。实验通过一系列的吸附-脱附表征显示合成的g-BN是B、N两元素构成的具有六方蜂窝状准二维片层结构的类石墨烯型少层材料,其比表面积远大于商品级氮化硼，对抗生素具有更好的吸附性能。Chen[7]等人用AlO2来吸附四环素类抗生素，结果表明吸附率均达到50%以上，但是，在吸附过程中，AlO2会有催化剂的作用，使污染物化学结构发生变化。

(二)高级氧化技术(Advanced Oxidation Process，AOPs)

治理水环境中抗生素污染常用的一些高级氧化技术有：臭氧氧化法、Fenton氧化法、半导体光解法等高级氧化技术。

Li等人[8]用臭氧氧化法研究土霉素在3个pH值(3、7和11)条件下的分解，实验结果表明，污水中的土霉素可以有效地被去除，并且在pH=7时其分解速率最高。祁佩时[9]等人用Fenton氧化和活性炭吸附联用来处理废水中的抗生素，通过多次实验探究去除抗生素效率的条件。Palominos等人[10]研究降解四环素类抗生素，发现光催化降解四环素的去除率可达98%以上。光催化技术在工程应用中存在的主要问题是如何研发易于回收，能对太阳光有更好相应的高效光催化剂。

(三)生物处理技术

生物处理技术就是利用不同微生物在不同条件下以水体中的抗生素残留物为营养基质，通过生物代谢将其降解，杨军等人[11]研究了用单相中温升流式厌氧污泥床(UASB)反应器对林可霉素生产废水的处理工艺，实验测定时发现在处理一些难降解高浓度的抗生素废水时，需要有能维持长时间的固体停留时间(SRT)和水力停留时间(HRT)的反应器，并通过研究厌氧生物处理动力学，他们发现不可生物降解的物质约占COD比例的1/3，这可能是影响降解效果的原因。冯婧微等人[12]研究水解酸化-厌氧-好氧组合工艺，并且比较了相同体积的厌氧复合床反应器(UBF)和周期循环活性污泥系统(CASS)，发现这两种系统都能有效处理废水中的抗生素。

四、结语

抗生素的大量使用使其成为一种不容忽视的新型污染物。不同治理方法对抗生素残留物的处理各有不足，基于对水环境中低浓度抗生素去除方法研究现状的分析，未来可在以下两方面开展深入的研究：一是进一步深入调查和分析典型水体中不同抗生素的污染水平及生物毒理效应；二是开发在太阳光照射下高效、稳定、易回收的半导体光催化材料，提高光催化技术在低浓度抗生素污染水体治理领域的应用。