生活飲用水中磺胺類抗生素污染水平及其控制的研究進展

陳哲 吳立明 蘇怡

摘要：本文針對生活飲用水中磺胺類抗生素來源、國內外的研究現狀、主要去除工藝等方面進行綜述。提出磺胺類抗生素作為一種新型環境污染物，來源多樣，在生活飲用水中廣泛存在，現有的水廠處理工藝對其有一定處理效果，深度處理工藝去除效果優于常規處理工藝。建議針對這類污染物的環境積蓄效應和經過水廠工藝處理后的轉歸趨勢進行深入研究，進一步加強生活飲用水衛生保障。

關鍵詞：生活飲用水；磺胺類抗生素；污染；處理工藝

中圖分類號：R1；X131.2 文獻標志碼：A

當前各類抗生素名目繁多，在臨床中普遍使用的抗生素就達數百種，主要包括以下幾類：磺胺類、大環內酯類、β-內酰胺類、四環素類等。抗生素類藥品在使用后會通過原型或代謝物的形式排泄出來，借助污水排放和農業澆灌等途徑注入環境中去，并且能長期存在于環境之中[1]。我國許多江河湖海的地表水都曾檢測出過抗生素，如華南的珠江、華中的長江以及華北的黃河等[2]。抗生素在水中大量長期存在，可能會衍生抗生素抗性細菌（ARB）和基因（ARGs）[3]，對水體中生態系統平衡構成威脅，擾亂水中生物鏈，若存在抗生素的生活飲用水長期被人類所飲用，可能會對人群健康產生危害風險。

1 生活飲用水中磺胺類抗生素的主要來源

磺胺類抗生素是氨基苯磺酰胺的衍生物，屬于廣譜抗生素，主要應用于治療細菌型感染。磺胺類抗生素按作用部位可分為全身感染、腸道及外用三種。按其作用時間又可分為短效、中效和長效三種。其中被使用最為廣泛的磺胺類抗生素主要有磺胺嘧啶鈉、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺甲惡唑等。人類自發現磺胺類抗生素并將其用于疾病治療以來，磺胺類抗生素就被大量應用于人類和動物的疾病救治中，在畜牧養殖業中的應用尤其廣泛，甚至導致磺胺類抗生素在人類生活環境中泛濫成災。生活飲用水主要通過市政自來水廠對原水的過濾加工產生，自然界水環境的污染會影響到水源地的原水水質，從而對生活飲用水產生影響。

1.1 環境本底

自然環境中的抗生素本底值的測評非常重要，據此可以知曉自然環境中各類抗生素的風險情況。當前的研究還未深入調查水環境及其沉積物中的磺胺類抗生素環境本底值，但這并未否認水體中本身沒有磺胺類抗生素。

1.2 抗生素工業生產

工業生產所帶來的污水排放是抗生素類污染的一類主要環境污染源，有可能某些廠房出水口的某一種磺胺類抗生素水平就已經是mg/L級。我國目前有大量醫藥企業生產各類磺胺類抗生素，絕大多數企業會按照環保要求在排放前對其進行處理，再輸送到污水處理廠，但仍有少數企業為了經濟利益直接將污水偷排入自然環境之中，從而對自然界水環境造成影響[4]。

1.3 人類使用抗生素

主要來源于生活污水和醫用污水處理部門，有關部門雖然對污水進行了一定程度的處理，但由于技術、成本等問題仍有很大一部分污染物沒有被徹底清除掉[5]，使水環境中始終存在著低劑量的磺胺類抗生素污染物。

1.4 獸用、農業和水產養殖使用抗生素

磺胺類抗生素主要被大量應用于動物養殖的過程中，其通過以飼料添加劑的形式應用到畜牧業、水產業中，用以防治動物疾病，提升產量[6]。通常會以動物糞便和尿液的形式排泄到自然環境中去，對水體環境產生影響。

2 國內外相關研究進展

近年來，國外學者開始關注和研究水環境中的各類磺胺類抗生素，包括分析其地域分布、遷移以及代謝等。在20世紀90年代，國外學者已開始研究如何對環境中存在的抗生素進行檢測，提出了一系列檢測基本方法。Benotti等[7]在2006年至2007年間分析了美國19個水務公司的原水、出廠水和管網末梢水中的51種化合物。在11種檢出的化合物[阿替洛爾、莠去津、卡馬西平、雌酮、吉非貝齊、甲苯磺酸鹽、萘普生、苯妥英、磺胺甲惡唑、三（2-羧乙基）膦、甲氧芐啶]中，三（2-羧乙基）膦（120 ng / L）和磺胺甲惡唑（12 ng / L）的平均檢出水平最高，其余化合物均小于10 ng / L。同時其調查研究結果顯示，美國的生活飲用水中被檢出頻次最多的是抗生素是磺胺甲基異惡唑。Inreiter等[8]研究了奧地利生活飲用水中的抗生素濃度水平，在2014年采集的200個樣品中，10個樣品檢測到磺胺甲惡唑，5個樣品的濃度高于2.5 ng/L。

國內一些研究選取生活飲用水的水源水和水廠出廠水為研究目標，分析檢測包含磺胺類抗生素在內的抗生素總體濃度水平，通過與其他類型抗生素檢出率與濃度水平的比較，從一定程度反映了生活飲用水磺胺類抗生素環境污染狀況。胡冠九等[9]以南京市3個縣區生活飲用水的水源水為研究對象，運用固相萃取-高效液相色譜/串聯質譜法，對包含磺胺類抗生素在內的5類14種抗生素（4種四環素類、3種磺胺類、2種大環內酯類、2種喹諾酮類和3種氯霉素類）濃度水平和季節變化進行了檢測和分析，所有抗生素水平均介于未檢出～14.9 ng/L之間，最高的是諾氟沙星、氧氟沙星、強力霉素和磺胺嘧啶，磺胺嘧啶的濃度在全部14種抗生素中排第4位。從抗生素污染水平的季節變化情況來看，其濃度的季節排名依次是8月、5月和2月，分別對應對是自然水環境的豐水期、平水期和枯水期，其中湖泊水的抗生素濃度略高于長江水。秦宏兵等[10]對太湖流域的生活飲用水水源水6種磺胺類抗生素濃度水平進行檢測分析，結果顯示2個采樣點水樣均檢出磺胺類抗生素，其中濃度水平最高的是磺胺鄰二甲氧嘧啶，其次為磺胺甲基異惡唑。

王碩等[11]以北京市部分自備井水源水、地表水和市政末梢水為研究對象，比較了不同固相萃取柱檢測磺胺類抗生素及其代謝物的效率差異。其結果顯示，所有被檢測的21種磺胺類抗生素濃度水平介于0.5～500 ng/L之間，檢出的主要抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺噻唑等。秦宏兵等[10]對太湖流域的生活飲用水源水6種磺胺類抗生素濃度水平進行檢測，結果顯示2個采樣點水樣均檢出磺胺類抗生素，其中濃度水平最高的是磺胺鄰二甲氧嘧啶，其次為磺胺甲基異惡唑。唐琨等[12]運用固相萃取-超高效液相色譜-質譜聯用法，檢測了城市生活飲用水中的磺胺甲噻二唑含量，檢測結果為0.002 μg/L，其標準差介于1.1%～2.9%之間，加標回收率介于70.0%～101.4%之間。

生活飲用水中磺胺類抗生素的濃度水平與其他類抗生素相比并不算特別高，但廣泛存在于生活飲用水的水源水與市政自來水廠的出廠水中，各地生活飲用水及其水源水磺胺類抗生素檢出率與濃度水平存在著差異。

3 生活飲用水中主要去除抗生素的工藝

目前，國內市政自來水廠多采用常規處理和深度處理兩種水處理工藝形式，常規處理是指傳統的混凝-沉淀-過濾-消毒工藝；深度處理是在生活飲用水的常規處理基礎上增加了活性炭、臭氧、前加氯等新型處理技術。此外，還有一些紫外線技術和新型高級氧化技術也在應用推進中。

3.1 常規處理與深度處理

馬遠萍等[13]選用紅霉素、磺胺甲基異惡唑、磺胺嘧啶、四環素和土霉素作為研究檢測對象，來分析抗生素物質在水廠各個處理環節中的濃度變化及其規律。研究結果顯示，水廠進水中檢測出了所有待檢測的抗生素，其平均水平為59.40 ng/L。在經過水廠 “高密度沉淀池+臭氧氧化池+上向流生物活性炭池+V型砂濾池+加氯消毒”工藝的處理后，這些抗生素的濃度大幅度降低，出廠水中紅霉素和磺胺嘧啶沒有被檢測到，其他3種（磺胺甲基異惡唑、四環素和土霉素）的濃度水平也小于7 ng/L，水廠整體工藝對目標抗生素具有良好的去除效果，總去除率達89.9%，其中臭氧氧化和生物活性炭處理單元對抗生素的去除效果明顯，總絕對去除率分別達到71.2%和13.2%。

姜蕾等[14]以上海市部分生活飲用水廠為研究對象，檢測了不同水廠處理工藝對水廠原水中磺胺類、喹諾酮類、大環內酯類典型抗生素去除特征。其研究結果顯示，采用常規處理工藝抗生素的去除率介于13.01%～94.25%之間，出廠水抗生素水平介于0.05～20.38 ng/L之間；而采用深度處理工藝的去除率介于47.85%～100%之間，出廠水抗生素濃度水平介于0.13～8.34 ng/L之間。

董琪[15]運用固相萃取—高效液相色譜方法，對生活飲用水中磺胺甲惡唑和磺胺嘧啶兩種抗生素進行檢測。在通過常規飲用水處理工藝對水中的兩種磺胺類抗生素進行去除后，常規工藝雖然對大分子物質有比較好的去除作用，但對于小分子物質的去除成功率并不高，且對兩種磺胺類抗生素的去除效果不理想。水中小分子物質能夠將磺胺類抗生素吸附，若時間越長，其所吸附的磺胺類抗生素可能會聚集更多，進而對人類健康構成威脅。

上述文獻研究表明，水廠目前所采用的水處理工藝對在去除常規污染物，包括對磺胺類抗生素污染物去除起到一定作用，同時深度處理工藝在去除作用方面優于常規處理工藝。

3.2 其他處理技術

王琛等[16]對比了紫外（UV）和紫外線/真空紫外線（UV/VUV）兩種處理工藝對磺胺類抗生素的去除效果。結果顯示，水體環境中磺胺類抗生素含量或有機物含量較高時，UV/VUV的處理方法的效果并不理想，且在相同和條件下，UV/VUV處理方法比UV處理方法能耗要低得多，該方法比較適合應用于小型、分散的生活飲用水供給體系，能夠比較高效地去除含量不是太高的有機污染物。莊珍珍[17]運用三種新型高級氧化技術（UV/H2O2、UV/PS、Co Fe2O4活化PMS工藝），對磺胺吡啶和磺胺甲基嘧啶兩種抗生素的去除效果進行了研究。其結果顯示，紫外與氧化劑（H2O2、PS）聯用時去除效果明顯，在pH3和pH5時UV/H2O2對兩種磺胺類抗生素進行降解能發揮最大去除作用；不同UV/H2O2和UV/PS技術發揮氧化作用的主要影響因素也有所不同，能夠極大影響前者作用的是·[KG-*4]OH，而影響后者作用的是·[KG-*4]SO-4。

磺胺類抗生素作為一種廣受關注的新型環境污染物，來源廣泛，殘留時間長，從現有的研究結果來看，生活飲用水中的磺胺類抗生素含量處于相對較低的水平，與其他抗生素相比，并不算太高，但由于生活飲用水中磺胺類抗生素的持續暴露，即使是極低的濃度也可能因長期存在而對人群健康造成潛在危害風險。國內生活飲用水中檢出頻率和濃度水平比較高的磺胺類抗生素是磺胺嘧啶和磺胺甲惡唑。現有水廠的常規處理工藝和深度處理工藝對磺胺類抗生素都具有一定的去除效果，深度處理工藝去除效果優于常規處理工藝。還有部分學者介紹了紫外線技術和新型高級氧化技術兩種去除手段，但去除效果和安全性仍有待進一步研究。國內關于生活飲用水中磺胺類抗生素的研究也存在著一些不足之處，少有文獻對生活飲用水中磺胺類抗生素的分布、代謝進行研究。其對人群健康的長期風險也值得關注，這類污染物的環境積蓄效應和經過水廠工藝處理后的轉歸趨勢也需要加強和深入研究。

參考文獻

[1]ALCOCK RE，SWEETMAN A，JONES KC.Assessment of organic contanhnant fate in waste water treatment plants I：selected compounds and physicochemical properties[J].Chemosphere，1999，38（10）：2247-2262.

[2]姜蕾，蔡海蕓，盧寧.黃浦江上游水體中抗生素的分布特征與生態風險[J].凈水技術，2014，33（S2）：81-85.

[3]KMMERER K.Pharmaceuticals in the environment：sources，fate，effects and risks[M].2nd ed.Berlin Heidelberg：Springer，2004.

[4]HUANG CH，RENEW JE，SMEBY KL，et al.Assessment of potential antibiotic contaminants in water and preliminary occurrence analysis[J].J Contemp Water Res Educ，2001，120（1）：30-40.