城市污水處理系統(tǒng)中抗生素的分布及去除

王珂珂

摘要：根據(jù)目前國內(nèi)外對城市污水處理的研究與發(fā)現(xiàn)，抗生素廣泛存在于城市污水當(dāng)中，我國城市污水中抗生素的分布也比較嚴(yán)重，并且濃度也不容樂觀，結(jié)果表明四環(huán)素類和磺胺類最高濃度達(dá)到1000-10000ng/L，高出世界平均水平近10倍，因此研究抗生素的分布是具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文一方面闡述了抗生素在城市污水處理系統(tǒng)中分布情況，一方面提出一些去除方案，一般自然條件下，包括水解和光解去除效率較低，然后人工濕地和膜過濾結(jié)合的方案一定程度上提高了去除效率，理論上可達(dá)到87%。

關(guān)鍵詞：抗生；污水處理； 氧化；膜過濾

引言：中國是抗生素大國，也是抗生素生產(chǎn)大國，一定程度上抗生素的使用比較泛濫，據(jù)1995- 2007年的世界衛(wèi)生組織疾病分類調(diào)查，中國抗生素使用達(dá)到疾病治療總數(shù)的80%，這些數(shù)據(jù)表明中國成為世界上抗生素使用最嚴(yán)重也是最泛濫的國家。由于抗生素的濫用，使得醫(yī)療垃圾進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)，對污水處理工藝提出了新的要求。

污水處理廠是城市處理污水的第一道防線，是人與環(huán)境之間重要的環(huán)節(jié)，目前我國較多城市的污水處理系統(tǒng)的技術(shù)比較常規(guī)，對抗生素的去除不夠徹底，從而最終導(dǎo)致抗生素進(jìn)入自然環(huán)境，可能增強(qiáng)細(xì)菌病毒的抗藥性，形勢非常嚴(yán)峻。本文研究就是為了改善污水處理中對抗生素去除不良的現(xiàn)狀，揭示了我國城市污水處理系統(tǒng)的缺陷，具有顯著的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價值。

1 污水中抗生素的來源和濃度分布

1.1 來源。根據(jù)歐盟衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，抗生素的來源主要分為三種種，70%來自醫(yī)用，22%來自動物養(yǎng)殖使用，8%來自動物生長激素。進(jìn)入城市污水處理系統(tǒng)的較大部分來自醫(yī)用抗生素，包括醫(yī)療垃圾廢水、居民生活藥品垃圾，居民生活污水中和家禽養(yǎng)殖企業(yè)也一定程度排除含有較高濃度的抗生素，如圖1為抗生素在環(huán)境中的遷移過程。

1.2 濃度分布。各國污水處理廠污水中抗生素含量如表1所示。表1表明，抗生素種類與濃度在世界各國中有較大差異。從中可以明顯的看出，中國是抗生素大國，由于我國對于抗生素的使用量沒有嚴(yán)格的規(guī)定，也沒有強(qiáng)制的限制，因此使用必將導(dǎo)致一定程度上的泛濫。根據(jù)國家藥品質(zhì)檢總局和衛(wèi)生部門的聯(lián)合調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不完全統(tǒng)計，抗菌類藥物占據(jù)了83.3%，也就是說12種藥品中就有10種抗生素藥品。所以我國城市污水中殘留的各類抗生素遠(yuǎn)高于其他國家，尤其是磺胺類抗生素。我國城市污水中5種磺胺類抗生素的最大濃度均1400ng/L以上，而韓國、美國、西班牙和法國較正常。2 抗生素去除途徑

2.1 水解。污水中抗生素的降解最基本的方式為水解作用。這種方法一般主要針對某一部分可溶抗生素，例如易溶于水而發(fā)生水解的β-內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類和磺胺類抗生素，其中溶解的速率總和pH值和溫度有關(guān)。如果能實(shí)現(xiàn)弱酸環(huán)境β-內(nèi)酰胺類能夠很快的水解，磺胺類抗生素也一樣，這兩者在堿性或者中性的情況下幾乎沒有水解。

2.2 人工濕地法。人工濕地根據(jù)水流方向分為表面流濕地（surface free water constructed wetland）、潛 流 濕 地（horizontal subsurface flow constructed wetland）和垂直流濕地（vertical subsurface flow constructed wetland）三種。采用礫石填料的是潛流濕地。這種濕地當(dāng)中兼性厭氧微生物比較活躍，因此這些微生物可以有效的講解抗生素，并且這種趨勢潛流一直在蔓延。抗生素通過潛流濕地中的植物蒸騰作用轉(zhuǎn)化排放到生態(tài)圈，并且也可以通過植物酶或酶輔助因子降解、破壞。而水流在這一系統(tǒng)中一直處于落空運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)環(huán)境條件不允許的時候，水解和光解較難進(jìn)行，因此這對喹諾酮類去除效果相對較差。

人工濕地對殘留抗生素的去除效率提高的問題一直受到很多研究者的研究，其中文獻(xiàn)中一部分學(xué)者對工藝提出了猜想并且進(jìn)行了改造試驗(yàn)。人工濕地不同類型的自由組合對磺胺甲唑的去除率是單一潛流濕地去除率的2.1倍，在人工濕地前加上升流式厭氧污泥處理設(shè)備對某些難去除污染物的去除效率遠(yuǎn)高于單一人工濕地處理系統(tǒng)的去除效率。

2.3 膜過濾。利用選擇透過性的薄膜的特點(diǎn)而產(chǎn)生的方案即膜過濾法，按照膜孔徑的大小和分離驅(qū)動力劃分一般可分為微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）和反滲透（RO）、滲析（Dialysis）、電滲析（ED）、滲透氣化（PV）。這種方法使用之前必須將污水進(jìn)行一定的初步處理，因?yàn)槟た讖郊?xì)，成本高，容易被污染，最好提供其他成份已經(jīng)去除的污水，進(jìn)而單純的分離出抗生素成份。微濾/反滲透對污水深度處理效率十分高，但是超濾不能有效去除分子量較小的抗生素，由于其孔徑較大的原因，導(dǎo)致特定的抗生素的去除率只有40%左右。

參考文獻(xiàn)

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