水环境中抗生素污染现状及环境效应研究

杨滨瑞

（中国海洋大学，山东 青岛 266000）

引言

随着工业化和现代农业的发展，抗生素污染已经成为水环境中的一大关注点。抗生素在水环境中的普遍存在不仅威胁着水质安全，还可能对生态系统产生深远影响。本文全面分析了水环境中抗生素污染的现状、环境效应与控制治理措施，为提高公众对水环境中抗生素污染问题的认识及环境保护工作提供科学的依据和策略建议。

1 抗生素在水环境中的污染现状

水环境中的抗生素污染已经成为当代最紧迫的环境问题之一。随着工业化和城市化的快速发展，抗生素在医疗、农业和制药产业中的广泛应用带来了一系列的环境风险，尤其在水资源方面，抗生素残留不仅威胁到水质安全，还可能对生态系统和人类健康造成潜在影响。工业排放、医疗废水和农业活动都成为抗生素进入水环境的主要途径，这些来源的复杂性加剧了对有效污染控制策略的需求，同时也揭示了当前水环境治理的挑战和局限性。在此背景下，深入探究抗生素在水环境中的污染现状及其环境效应，对于保护水资源和维护生态平衡具有重要意义。

1.1 工业排放

抗生素制造业在生产过程中会产生含有抗生素的废水，这些残留物质包括原料药及其代谢物，可能未经充分处理就排放到周围水体中。除抗生素外，生产过程中可能使用的其他化学物质（如溶剂、催化剂）也可能随废水排放，对水环境造成额外负担。这些未经处理或未充分处理的工业废水可能直接排入附近河流、湖泊或海域。

当废水存储或处理不当时，也可能通过地下渗漏进入地下水体系，进而影响更广泛的水资源。抗生素制造业产生的废水中抗生素的浓度通常较高，尤其是在生产高需求药物的工厂附近。工业排放的地理分布通常与制药工厂的位置密切相关，特别是在工业园区或制药重镇附近的水体。工业排放作为抗生素污染的重要来源，对水环境有着极大的污染。

1.2 医疗废水

医疗废水中的抗生素残留，源自医院和其他医疗机构，包括未完全代谢的患者排泄物和未使用的药品，且抗生素的种类繁多，包括常用的广谱抗生素和专用药物，这些残留的抗生素不仅具有生物活性，对水环境中的微生物会产生直接影响，而且其中可能包含多种抗生素及其代谢物，因而化废水学性质复杂。

当前医疗废水处理主要是以传统的污水处理工艺（如活性污泥法、沉淀法）为主，对抗生素的去除效果有限。因此采用高级处理技术（如臭氧化、紫外光降解）处理医疗废水的效率更高，但成本较高，而且由于部分地区的医疗废水处理设施可能老旧，无法利用高级处理技术对抗生素污染进行有效地治理。然而医疗废水中的抗生素及其代谢物进入水环境，会影响水质安全和水生生态平衡，抗生素在水体中的累积可能对人类健康造成间接风险。

1.3 农业活动

抗生素被用于防治农作物疾病，特别是应用于某些特种作物的栽培中。同时，抗生素广泛应用于畜牧业，以预防疾病并促进动物的生长，这些药物也会通过动物的排泄物（尤其是粪便）进入环境。含抗生素的畜禽粪便是农业活动中重要的污染源，这些粪便常被作为肥料直接施用于农田。抗生素随肥料进入土壤，再通过地表径流和地下渗透进入附近的水体。另外，灌溉用水如果来自被污染的水源，如附近的畜禽养殖场，也可能携带抗生素残留。抗生素污染可能影响水环境中的微生物群落，促进抗药性基因的传播，因而对水生生态系统构成长期的威胁，影响了水生生物的健康和多样性[1]。

2 抗生素污染对水环境的环境效应

2.1 对生态系统的影响

抗生素污染对水环境中的生态系统产生广泛影响，这些影响包括但不限于生物的直接毒性作用、微生物群落的扰动以及通过生态链的传递效应。一方面，是对水生生物产生毒性影响。抗生素在水环境中可能对水生生物产生直接的毒性作用，影响其生长、繁殖和生存。这种影响在抗生素浓度较高时尤其显著，可能导致水生生物的行为、生理和代谢过程受损。

众所周知，水环境中的微生物对生态系统的健康至关重要，抗生素污染可能改变微生物群落的结构和功能，如抑制某些微生物的活性，促进耐药菌株的增长。另外，对于某些水生动物，长期暴露于含抗生素的水环境中可能影响其免疫系统，因而更容易受到病原体的侵害。另一方面，抗生素污染会通过生态链传递，某些抗生素可能在水生生物体内积累，特别是在食物链的较高层次积累。通过生态链的传递，抗生素可以达到比原始水环境中更高的浓度，所以对食物链顶端的捕食者会产生更严重的影响。

除了直接的毒性效应，抗生素在生态链中的传递还可能导致生态系统功能的改变，如捕食关系和物种多样性的变化。此外，抗生素在生物体内的积累还可能导致二次效应，如生殖和发育障碍以及遗传突变等。

2.2 抗药性问题

抗生素在水环境中的存在促进了抗药性菌株的形成，因而对生态系统的平衡和人类健康构成威胁。抗生素在水环境中的存在为微生物群落施加了选择压力，使对抗生素敏感的微生物被抑制或杀死，而能够存活下来的微生物往往是具有或能够获得抗药性的菌株。持续的抗生素压力促使微生物通过基因变异适应环境，因而增加了其产生抗药性基因的可能性。抗药性基因可以通过水平基因转移在不同的微生物之间进行传播，迅速增长并成为主导菌群。抗生素污染和随之而来的抗药性菌株的增加扰乱了原有的微生物生态平衡，可能导致某些关键功能微生物的减少，因而影响了生态系统的正常功能。抗药性菌株的增加还可能导致非耐药菌株的数量减少，从而影响微生物的多样性和生态系统的稳定性。抗药性基因的存在和传播增加了耐多药病原体出现的风险，这对于公共卫生构成间接威胁，特别是当这些耐药菌株进入饮用水供应系统时，增加了水质净化过程的难度，尤其是对于传统的水处理工艺，可能需要更先进的净化技术才能处理抗药性菌株[2]。

2.3 对水质的影响

抗生素污染对水环境的影响是多方面的，涉及水体化学性质的改变和生物学特性的影响，这些影响可能导致水体生态系统的长期不稳定和功能退化。一方面，对水体化学性质的影响体现在抗生素的存在可能改变水体的化学成分，包括pH值、溶解氧含量和其他化学指标，这些改变可能影响水体的总体化学稳定性。同时，抗生素可能与水中的其他污染物发生化学反应，产生新的代谢产物，这些产物的毒性和环境影响可能与原始抗生素不同，特别是抗生素及其代谢产物可能在水环境中积累，由于这些物质在水中的稳定性和生物降解性不同，可能会长期存在于水环境中。另一方面，对水体生物学特性的影响。抗生素影响水体中微生物的生长和代谢，导致微生物群落结构的改变。这可能包括耐药菌株的增加以及对生态功能重要的非耐药菌株的减少。水生生物（如鱼类、甲壳类动物、藻类）可能因暴露于含抗生素的水体中而受到毒性影响，这可能表现为生长减缓、生殖能力下降，甚至死亡。

抗生素及其代谢产物可以通过食物链的累积，影响整个水生生态系统，破坏水体生态平衡，打破生物多样性和生态系统的服务功能，如净化水质和维持生物多样性的作用。

3 抗生素污染的控制和治理措施

3.1 利用好现有的污染防控技术

目前，针对水环境中的抗生素污染，已经开发了多种处理技术和方法，旨在有效降低或消除抗生素对水体的影响。这些技术主要包括生物处理法、物理吸附法、化学氧化法和先进的氧化技术。

生物处理法是利用微生物降解抗生素，是污水处理中常见的一种方法，但对某些难降解的抗生素处理效果有限。物理吸附法，如活性炭吸附，能够有效去除水中的抗生素，但可能需要定期更换吸附材料。化学氧化法包括氯化、臭氧化等方法，可以破坏抗生素的分子结构，从而减少其生物活性。此外，先进的氧化技术（如Fenton反应、光催化和电化学氧化）被证明在去除水中抗生素方面特别有效，这些方法通过生成强氧化剂来破坏抗生素分子，从而有效地降解抗生素及其代谢物。然而，这些技术的应用和效率受到多种因素的影响，包括抗生素的种类、水质条件以及处理设施的设计和运营等。因此，在选择合适的处理技术时，需要考虑具体的环境条件和经济成本。

综上所述，尽管目前有多种技术可用于处理水环境中的抗生素污染，但仍需对抗生素处理技术进行研究和优化，以提高处理技术的效率，降低运营成本，从而进一步减轻其对环境的次生影响[3]。

3.2 重视抗生素的合理使用

在探讨水环境中抗生素污染的控制和治理措施时，抗生素的合理化使用是关键，这不仅涉及到减少抗生素的不当排放，也包括提高公众对于抗生素使用的意识。首先，合理化抗生素的使用需要从医疗系统开始。医疗机构应实施严格的抗生素处方管理制度，避免无必要的抗生素处方。这包括对医务人员进行定期培训，提高他们对抗生素抗药性的认识，以及在临床治疗中遵循精准用药的原则。同时，医疗机构应鼓励使用非抗生素治疗方案，只有在绝对必要时才可以使用抗生素。在公众层面，提高全社会对抗生素滥用问题的意识也至关重要。通过相关部门的教育和媒体宣传，提高公众对抗生素抗药性的认识，鼓励公众合理使用抗生素。同时，提倡健康的生活方式和自然疗法，减少不必要的抗生素需求也非常重要。最后，加强抗生素废物的处理。医疗机构和制药厂应对抗生素废物进行适当的处理和处置，避免其进入水环境。这可能包括使用特定的废物处理技术，如高温焚烧或化学处理技术，以安全地消除抗生素的活性。合理化抗生素的使用是一个多方面、跨领域的工作，需要各级政府部门、医疗机构、农业部门和公众的共同努力。通过这些综合措施，可以有效减少抗生素污染，保护水环境和公共健康。

3.3 完善水环境保护政策及法规

现行的环境保护政策和法规在控制抗生素污染方面发挥着重要作用。这些政策和法规提供了一个法律框架，规定了抗生素的生产、使用和处置标准，旨在减少抗生素进入水环境的机会。例如，一些法规明确要求医疗机构和制药厂采取特定措施，以减少抗生素废物的排放。此外，环境保护政策还强调了对废水处理设施的投资和升级，从而提高了处理抗生素污染的能力和效率。这些政策通常包括对污水处理工艺的标准化要求，以确保能够有效地去除污水中的抗生素及其代谢产物。

环保法规还进一步促进了相关部门的监测和研究活动，有助于相关部门更好地了解抗生素在水环境中的行为和影响，为制定更有效的控制策略提供科学的依据。在一些国家和地区，环境保护法规还包括公众教育和意识提升活动，从而增强了社会各界对抗生素污染问题的认识。然而，这些政策和法规的实施效果在不同地区可能存在差异，而且执行力度和监管水平也有所不同。因此，为了进一步有效地控制抗生素污染，需要全球范围内的协调和合作，以及对现行政策和法规的不断评估和完善。

总之，环境保护政策和法规在控制抗生素污染方面起到了基础性和关键性的作用，为减轻抗生素对水环境的影响提供了法律和政策的支持。

3.4 未来抗生素污染治理的方向

未来抗生素污染控制的策略和技术发展，主要集中在提高现有处理方法的效率、开发新的去除技术和实施综合性管理策略等方面。

3.4.1 技术创新方面

预计未来将有更高效的生物处理方法被开发出来，例如可以利用特定微生物或酶来降解医疗废水中的抗生素，以及利用先进的基因工程技术来培育具有高效降解能力的微生物。此外，物理和化学处理方法如先进的氧化过程（AOPs）、吸附技术和纳米技术也将继续发展，从而提高抗生素的去除率并降低运营成本。

3.4.2 监管和管理方面

未来将出现更加严格的环境标准和排放限制，这将要求医疗机构、制药厂和农业运营商采取更加有效的污染控制措施。

加强对公众的宣传教育，提高公众意识也是未来制定抗生素废水治理策略的关键部分。通过提高公众对抗生素污染问题的认识，可以使抗生素的使用和处置更负责任。同时，相关人员将继续加强对环境中抗生素污染的监测和研究，以更好地理解其环境行为和生态效应，从而支持制定更有效的管理策略。

3.4.3 国际合作方面

考虑到抗生素污染是一个全球性问题，国际合作在未来的污染控制策略中将发挥至关重要的作用，包括共享研究成果、技术转让以及制定全球统一的标准。

总之，未来的抗生素污染控制策略将是多方面、多层次的，通过结合技术创新、严格的监管以及公众教育和国际合作，实现更有效的污染治理和环境保护[4]。

4 结语

综上所述，通过对水环境中抗生素污染的现状和环境效应进行全面分析，揭示了工业排放、医疗废水和农业活动作为主要污染源对水环境造成的显著影响，特别是在引发生态系统失衡和抗药性问题方面。此外，对当前处理抗生素污染的技术和方法进行了评估，同时分析了现行环境保护政策和法规在抗生素污染控制中的作用，并提出未来在抗生素污染治理方面需要采取的综合性策略，包括技术创新、政策法规完善和公众教育。

总之，为了有效应对水环境中的抗生素污染，需要从源头控制，并运用有效的控制和治理措施，切实解决抗生素污染问题，进一步提升水环境整体质量。