抗生素在城市污水處理系統中的分布及去除

李新

摘 要：依據國內外研制出來的結果來看，總結了諸多類型的抗生物使用到處理廠污水及其去除環節中的基本情況。得到的結果顯示，不同國家處理廠污水中含有的抗生素類型及其濃度等方面都存在著一定的區別。這是由于污泥中含有的抗生素殘留實質上是利用污泥具有的吸附功能，而殘留會在某種程度上受到親脂性和離子等存在的電荷產生影響。處于自然條件下，無論是水解還是光解等都無法對抗生素沒有產生良好的去除率，但是高級氧化技術會對抗生素有著較高的去除率，并且可以接近于90%以上。

關鍵詞：抗生素；城市污水處理廠；濃度分布；去除途徑

一般情況下，城市污水處理廠一般當做污染物進入到環境中的第一個關卡。當前，諸多污水處理廠采取的處理技術大部分都是依據營養鹽類設計出來的，但是少量抗生素無法在處理廠中清除干凈，會隨著污水處理廠出水的地方慢慢流入到水體中，進而導致城市污水處理廠逐漸成為抗生素的一種重要因素。所以，相關研究人員對抗生素應用到污水處理廠中的濃度質量以及遷移轉化途徑進行分析，將抗生素的去除水平加以提升，對其生態風險加以控制起到了重要的作用。基于此，本文主要從以下幾個方面進行分析，提出自己的一些看法，供以借鑒。

1 城市污水處理廠抗生素的來源和濃度分布

1.1 城市污水中抗生素的來源

抗生素按用途分為醫用和獸用，世界各國2類抗生素的使用量和各類抗生素占總使用量的比例有所差別。1999年，國外某些國家共消耗抗生素13288t，其中65%是醫用，29%是動物養殖獸藥，6%是動物生長促進劑。2000年，國外消耗抗生素16200t，其中70%用于動物，30%用于人類。進入城市污水處理系統的醫用抗生素主要來源于醫院廢水中殘留的藥物和病人的排泄物，制藥廢水的流失藥物，居民生活丟棄的過期藥物和排泄物等。獸用抗生素則多來自獸用抗生素企業的生產廢水，寵物醫院廢水和養殖場廢水，居民生活污水中也含有部分獸用抗生素。

1.2 污泥中的抗生素濃度

抗生素通過吸附作用殘留在污泥中，當污泥用于農田施肥或者垃圾填埋時，進入土壤生態系統，污染土壤，進而威脅地表水和地下水系統的安全。抗生素在水中的溶解度、固-液相中的分配系數、親脂系數Kow和表面所帶電荷等因素會影響其在污泥中的殘留濃度。依據相關調查表明，污泥中殘留的抗生素濃度與抗生素使用量關系不大。如在我國四環素類抗生素和氟喹諾酮類抗生素在使用上不如β-內酰胺類和磺胺類抗生素使用廣泛，但這2類抗生素在污泥中的殘留濃度高于后2類。與污水相比，目前污泥中抗生素殘留濃度水平和去除工藝的研究較少。但是污泥中積累的抗生素可能會隨污泥回用農田進入土壤生態系統，誘導土壤微生物產生抗性基因，因此研究人員應加強去除污泥中抗生素工藝的研究。

2 城市污水處理廠對抗生素的去除途徑

2.1 物理化學作用

2.1.1 水解

水解作用是水體中抗生素的降解方式之一，主要針對可溶性的抗生素。β-內酰胺類、大環內酯類和磺胺類抗生素易溶于水，發生水解。pH是影響抗生素水解程度與速率的重要因素。β-內酰胺類在弱酸條件下水解較快，磺胺類抗生素在酸性條件下易水解，而在中性條件下幾乎沒有水解。四環素、土霉素、金霉素的水解速率與pH和溫度顯著相關。

2.1.2 光解

光解作用被認為是表層水中抗生素非生物去除的首要途徑，污水處理廠處理工藝大部分構筑物露天設置，在陽光作用下，可以發生光解。光解作用可分為直接光解和間接光解，直接光解是指抗生素直接吸收光子降解，而間接光解是指水中的一些自然光敏物質，如硝酸鹽和腐植酸在太陽光的照射下會產生一些基團，如·OH和1O2，這些基團吸收光子后，作用于抗生素，引發抗生素的降解。目前報道的自敏化光解主要為自敏化光氧化，即有機污染物吸收光子后，生成的激發三線態將能量轉移給其他物質（如基態3O2、H2O），產生活性氧物種ROS，如1O2、·OH等，ROS再將化合物氧化降解。

2.2 生物降解

通常情況下，抗生物中的生物降解質量極其相關程度都會對以下幾種因素帶來影響：一種是自身結構；另一種是濃度的影響。不僅僅如此，還有可能會受到運行條件、微生物的基本狀況等相關因素帶來的影響。而研究次數較多的因素主要有以下幾種：第一種是因子有供氧狀況（這里可以包含好氧、缺氧抑或是厭氧）；第二種是HRT；第三種是SRT等。我國有一些研究人員在某城市的6個處理廠中對磺胺類抗生素存在的濃度進行研究，所得到的結果可以看出，磺胺類抗生素倘若是在缺氧時期及其好氧時期做出了去除的工作，那么在厭氧時期就會出現增加的情況，并且會發生負去除的現象。還有一些研究人員通過對好氧、缺氧及其厭氧對土霉素降解的具體狀況進行了研究，得到的結果可以得知，無論是哪一種污泥都會對土霉素存在的降解水平帶來影響，依據從高到低的順利是：第一是好氧污泥、第二是缺氧污泥、第三是厭氧污泥。不僅僅如此，諸多研究人員還對活性污泥處理手段中的SRT及其HRT來對抗生素存在的降解情況進行了分析，有關研究人員認為將HRT因素提高不會對四環素的去除水平帶來較大的干擾，但是增加了SRT能夠推動四環素實現降解的目的。還有某些研究人員發現，將ABR通過反應得到的HRT從以前的1.25d提升到現在的2.5d，得到的氨芐西林去除率從原來的16.4%提升到42.1%，得到的金霉素去除率從原來的25.9%提升到31.3%。

3 結束語

通過以上內容的論述，對抗生素類物質進行研究的過程中，應當對以下幾點引起必要的重視：（1）對于抗生物物理化學性質來說，使用次數較多的檢測手段就非質譜聯用技術莫屬了。當前我國一些實驗室中已經慢慢引入了該項新型技術，然而當前相關研究人員對抗生素的濃度進行檢測大部分還停留到進出口食品行列，但是卻對污水存在的抗生素濃度沒有過多的檢測次數，并且污染處理體系中抗生素濃度數據卻處于匱乏的狀態。（2）我國一些研究人員當前研究的主要內容是集于抗生素在不同處理手段中具有的效率極其不同工藝對抗生素的去除質量，但是卻沒有采取恰當的方案去研究抗生素在污水處理體系中會產生的影響極其相關因素，無法建立相應的模型，這樣也無法對污水處理體系中存在抗生素的遷徙轉化做出準確的判斷。（3）我國建設成功的大部分處理工藝的主要任務傾向于對氮磷等常規污染物的去除，并且常規污染物主要依賴于以往污水處理工藝可以得到合理的去除。然而以往污水處理工藝在對抗生素進行去除的時候往往沒有較高的去除率，甚至可能會出現負去除的情況。所以，相關研究人員需要依據抗生素等相關污染物，對其處理工藝加大開發力度，也是當前值得研究的課題之一。

參考文獻

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