渾河沈陽段典型抗生素污染分布及風險評價

徐洪波 劉維鈞 李晶 李哲 祝琳琳

【摘要】利用固相萃取-高效液相色譜質譜法調查了四類16種典型抗生素在渾河沈陽段的含量、時間和空間分布特征。結果顯示，在渾河沈陽段干流和支流的10個點位中檢測出12種抗生素。16種抗生素在城市污水處理廠與附近支流河之間皮爾森相關性顯著，污水廠抗生素排放對附近河流有明顯影響。喹諾酮類氧氟沙星、環丙沙星表現高生態風險。

【關鍵詞】抗生素；渾河沈陽段；污染分布；生態風險評價

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.057

Distribution and Risk Assessment of Typical Antibiotics Pollution In Shenyang Section of Hun River

XU Hongbo1，LIU Weijun2，LI Jing1*，LI Zhe1，ZHU Linlin1

（1.Liaoning Shenyang Ecological Environment Monitoring Center，Shenyang 110015，China；2.Xiannvhe Sewage Treatment Plant，Shenyang 110141，China）

Abstract：The contents，temporal and spatial distribution characteristics and sources of 16 typical antibiotics in Hunhe River Shenyang section were investigated by solid-phase extraction（SPE）and high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry（HPLC-MS/MS）. The results showed that 12 antibiotics，were detected at 10 points in the main stream and tributaries of hunhe River in Shenyang. There was a significant Pearson correlation between the 16 antibiotics from the municipal sewage treatment plant and the adjacent tributary river，and the antibiotic discharge from the sewage treatment plant had a significant impact on the nearby river. Quinolone ofloxacin and ciprofloxacin show high ecological risk.

Key words：antibiotics；hun river Shenyang section；pollution distribution；source；ecological risk assessment

生態環境部“十四五”生態環境監測規劃和2035年遠景目標綱要明確要求重視新污染物治理[1]，健全有毒有害化學物質環境風險管理體制。2022年5月國務院辦公廳印發《新污染物治理行動方案》，提出到2025年，建立健全化學物質環境信息調查、環境調查監測、環境風險評估，逐步建立健全有毒有害化學物質環境風險管理法規制度體系和管理機制，新污染物治理能力明顯增強。

近幾年國內外不同地區的自然水環境中抗生素的污染狀況開展調查[2-8]，同時分析抗生素出現在環境中的主要來源[9-12]，希望能為進一步開展抗生素環境風險評估及污染減排控制等研究提供參考。本文以渾河沈陽段為研究對象，分析4類16種抗生素在該流域的污染特征，并利用EPA風險商值評價該流域內抗生素的生態風險，以期為遼寧省流域內抗生素污染防治和環境治理提供技術支撐。

1材料與方法

1.1采樣點位設置

渾河在沈陽境內全長172千米，城市段東起魯家大橋，西至渾河大閘，全長約32千米。主要支流河有白塔堡河、細河、蒲河等。研究圍繞污染源、重要支流布設10個采樣點H1～H10。采集表層水，同時采集排入渾河沈陽段的15個城市污水處理廠的出口排水，采集時間為2021年10月，見圖1。

1.2樣品采集與預處理

根據抗生素在沈陽的使用情況以及國內學者已有的研究成果[13-18]，本文選取4類（磺胺類SAs、氟喹諾酮類QNs、大環內酯類MCs、土霉素類TCs）16種典型抗生素為研究對象。其中6種磺胺類抗生素：磺胺嘧啶（Sulfadiazine，SDZ）、磺胺吡啶（Sulfapyridine，SMPD）、磺胺甲惡唑（Sulfamethoxazole，SMX）、磺胺甲基嘧啶（Sulfamerazine，SMZ）、磺胺喹惡啉（Sulfaquinoxaline，SQL）、磺胺二甲基嘧啶（Sulfamethazine，STZ）；4種氟喹諾酮類：氧氟沙星（Ofloxacin，OFL）、諾氟沙星（Norfloxacin，NOR）、環丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）、恩諾沙星（Enrofloxacin，ENR）；3種大環內酯類MCs：羅紅霉素（Roxithromycin，ROX）、阿奇霉素（Azithromycin，AZI）和克拉霉素（Clarithromycin，CLA）；3種四環素類TCs：四環素土霉素（Clarithromycin，OTC）、金霉素（Chlortetracycline，CTC）。

按照HJ/T 91相關規定采集樣品。采樣前將容量為1.0 L的棕色玻璃采樣瓶依次用乙醇和去離子水漂洗3次，控干待用，樣品采集前，預先在每升采樣瓶中分別加入0.25 g乙二胺四乙酸二鈉和0.15 g抗壞血酸（避光保存），適當振蕩使其溶解，以排除水中金屬離子、余氯及氧化性有機物對四環素類、磺胺類抗生素測定產生的干擾使用不銹鋼水樣采集器采集表層水，采集深度為水面以下0.5 m處，滿瓶采樣，采集到的水樣避光低溫保存運回實驗室，運輸過程中加冰排冷藏。在4℃下保存待測，并在48 h內完成水樣預處理。

量取水樣1.0 L，經0.45μm水系濾膜過濾。固相萃取前，每份水樣加入5.848 g磷酸二氫鉀和3.8 mL磷酸調節pH=2.0（經過pH計測量），固相萃取柱在富集水樣前需要進行活化，取500 mgPTFE固相萃取柱依次用10 mL甲醇、10 mL（PH= 2.0）超純水清洗活化萃取柱，待柱內充滿pH=2.0實驗用水后關閉流速控制閥浸潤5 min，打開控制閥，棄去流出液。將1000 mL調節好pH值的水樣過柱，流速控制在10 mL/min，樣品全部通過后，用10 mL含5%甲醇的水溶液洗滌固相萃取柱，再將小柱于氮氣保護下負壓吹干。用10 mL含1%甲酸的甲醇溶液緩慢洗脫固相萃取柱，待淋洗液流過柱床后關閉流速控制閥，浸潤5 min，再打開控制閥，接收淋洗液，將淋洗液濃縮，水浴溫度40℃，氮氣流速適中。待淋洗液近干至0.2 mL時，加入內標物，用初始流動相定容至1.0 mL，經過0.22μm有機相濾膜過濾。裝瓶-20℃避光保存。準備進行UHPLC-MS-MS分析。

1.3儀器分析

色譜柱：Waters ACQUITY UPLC BEH phenyl（2.1 mm×50 mm，1.7μm）；流動相：0.1%甲酸水溶液（A），乙腈（B）；流速：0.3 mL/min；柱溫：35℃；進樣體積：10μL。

離子源：電噴霧離子源（ESI），正離子模式；毛細管電壓：1.0 KV；霧化氣（脫溶劑氣）溫度：600℃；霧化氣（脫溶劑氣）流速：800 L/Hr；反吹氣流速：50 L/Hr；監測方式：多離子反應監測模式（MRM）。

1.4質量控制

采用內標法定量分析，濃度范圍由0.1、0.2、0.5、1.0、5.0和10.0μg/L這6個濃度梯度組成，線性方程R2值大于0.99。在1.0 L純水和原水中分別加入20 ng和200 ng的16種抗生素混標，同時測空白組分中抗生素含量，計算加標回收率，每組6個平行樣。結果表明，16種抗生素的純水加標回收率為50.7%～121.5%，原水的加標回收率為56.6%～102.9%。

1.5生態風險評價方法

1）AF=100：只有一個長期的NOEC數值，只研究了一個營養層次結構；2）AF=50：有兩個長期的NOEC數值，并且研究了兩個營養層次結構；AF=10：從長期的三個營養層次的研究得到。

通過從相關文獻中收集抗生素對一些物種的急性和慢性毒理數據與相應的評價因子計算抗生素的PNEC值。基于最壞情況考慮，以抗生素質量濃度的最大值進行計算。RQs分類表征生態風險的不同程度，將抗生素生態風險劃分為不同等級，分別為無風險（RQs<0.01）、低風險（0.011）。

2結果與討論

2.1渾河沈陽段抗生素污染特征

2.1.1抗生素濃度水平

在渾河沈陽段10個采樣點位中共檢出4類14種抗生素，包括磺胺類、喹諾酮類、四環素類、大環內脂類，表明研究區域內河流水體中殘留多種類抗生素，見表1。

在研究的四類16種抗生素中檢出率超過50%的抗生素有11種，涵蓋磺胺類、大環內酯類、喹諾酮類和四環素類；完全沒有檢出的有2種。其中未檢出喹諾酮類的恩諾沙星以及大環內脂類的克拉霉素。

喹諾酮類的氧氟沙星檢出率為全部檢出，檢出率最高，磺胺類的普遍檢出率較高，本研究選取的6種常見磺胺類抗生素檢出率均超過50%，其檢出率范圍在60%～100%。四環素類檢出率也較高，研究的三種四環素只有金霉素檢出率小于50%。大環內酯類只檢出羅紅霉素且其檢出率較高。阿奇霉素在渾河段被檢出。通過檢出率可見四類抗生素都是渾河水環境的主要新型污染物，不同抗生素的檢出率和含量差異與抗生素使用量和其環境行為密切相關。檢出率高的抗生素多為人畜共用。

2.1.2抗生素空間分布

渾河入境起上游到下游，直到出境，抗生素濃度逐漸增加，其空間分布趨勢為上游殘留水平較低，檢出種類三種左右，隨著河流下游逐步增多的支流河匯入，檢出的抗生素種類逐漸增多至12種，質量濃度增加。土西橋單斷面沙星類突高值，與周邊污染源有關，具體見圖2和圖3。

渾河各監測斷面每個檢出點位檢出的抗生素種類以及含量不同與周邊抗生素消費結構有關；也與周邊污水處理廠、畜禽養殖等相關，而污水處理廠對抗生素的處理效果據文獻顯示十分有限。大量未被去除的抗生素經城市污水處理廠最終排入河流水環境中，其主要來源水的構成有城市生活污水、醫療廢水、生產企業廢水、養殖廢水等。城市污水處理廠由于排水集中處置是造成城市抗生素污染的主要原因，鄉村抗生素污染的來源主要是養殖廢水排放和人畜糞肥。

2.2污水廠排放口抗生素與河流抗生素關聯分析

為了解研究的16種抗生素在污染源城市污水處理廠與附近支流河斷面之間是否有相似性，用Spss19.0對16種目標化合物進行皮爾森相關性分析，見表2。

西部污水廠排放口與土西橋采樣點皮爾森相關系數為0.948，說明強相關，顯著性0.000，說明兩者差異性小；南部排口與蒲河沿采樣點皮爾森相關系數為0.830，說明強相關，顯著性0.041，說明兩者差異性小；南部排口與七臺子采樣點皮爾森相關系數為0.894，說明強相關，顯著性0.016，說明兩者差異性小；由此相關性檢驗證明，污水廠抗生素排放對附近河流有明顯影響。

2.3抗生素生態風險評價

氧氟沙星、環丙沙星這兩種抗生素表現為高風險，表明其對水體中的水生生物表現急性和慢性毒性風險；諾氟沙星表現為中等程度的生態風險；磺胺甲惡唑、羅紅霉素表現為低等程度的生態風險；磺胺嘧啶、磺胺吡啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺喹噁啉、磺胺二甲基嘧啶、土霉素、四環素、金霉素、阿奇霉素在河流中表現出生態風險不顯著（見圖4）。

3主要結論

1）四類16種抗生素在渾河沈陽段檢出14種，檢出率超過50%的抗生素11種，恩諾沙星和克拉霉素完全無檢出。檢出率表明四類12種抗生素都是遼河水環境的主要新型污染物，不同抗生素的檢出率和含量差異與抗生素使用量和其環境行為密切相關。

2）研究16種抗生素在城市污水處理廠與附近支流河斷面之間有相似性，用Spss19.0對16種目標化合物進行皮爾森相關性分析。相關性檢驗證明西部污水廠排放口與土西橋采樣點、南部排口與蒲河沿采樣點和南部排口與七臺子采樣點皮爾森強相關，顯著性高，排污口與河流兩者差異性小；由此，污水廠抗生素排放對附近河流有明顯影響。

3）氧氟沙星、環丙沙星這兩種抗生素表現為高生態風險，其對水體中的水生生物表現急性和慢性毒性風險；諾氟沙星表現為中等程度的生態風險；磺胺甲惡唑、羅紅霉素表現為低等程度的生態風險；磺胺嘧啶、磺胺吡啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺喹噁啉、磺胺二甲基嘧啶、土霉素、四環素、金霉素、阿奇霉素在河流中表現出生態風險不顯著。

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【作者簡介】

徐洪波，女，1972年出生，高級工程師，碩士，研究方向為生態環境實驗室分析檢測。

（編輯：謝飛燕）