抗生素在城市污水处理系统中的分布及去除

李新

摘 要：依据国内外研制出来的结果来看，总结了诸多类型的抗生物使用到处理厂污水及其去除环节中的基本情况。得到的结果显示，不同国家处理厂污水中含有的抗生素类型及其浓度等方面都存在着一定的区别。这是由于污泥中含有的抗生素残留实质上是利用污泥具有的吸附功能，而残留会在某种程度上受到亲脂性和离子等存在的电荷产生影响。处于自然条件下，无论是水解还是光解等都无法对抗生素没有产生良好的去除率，但是高级氧化技术会对抗生素有着较高的去除率，并且可以接近于90%以上。

关键词：抗生素；城市污水处理厂；浓度分布；去除途径

一般情况下，城市污水处理厂一般当做污染物进入到环境中的第一个关卡。当前，诸多污水处理厂采取的处理技术大部分都是依据营养盐类设计出来的，但是少量抗生素无法在处理厂中清除干净，会随着污水处理厂出水的地方慢慢流入到水体中，进而导致城市污水处理厂逐渐成为抗生素的一种重要因素。所以，相关研究人员对抗生素应用到污水处理厂中的浓度质量以及迁移转化途径进行分析，将抗生素的去除水平加以提升，对其生态风险加以控制起到了重要的作用。基于此，本文主要从以下几个方面进行分析，提出自己的一些看法，供以借鉴。

1 城市污水处理厂抗生素的来源和浓度分布

1.1 城市污水中抗生素的来源

抗生素按用途分为医用和兽用，世界各国2类抗生素的使用量和各类抗生素占总使用量的比例有所差别。1999年，国外某些国家共消耗抗生素13288t，其中65%是医用，29%是动物养殖兽药，6%是动物生长促进剂。2000年，国外消耗抗生素16200t，其中70%用于动物，30%用于人类。进入城市污水处理系统的医用抗生素主要来源于医院废水中残留的药物和病人的排泄物，制药废水的流失药物，居民生活丢弃的过期药物和排泄物等。兽用抗生素则多来自兽用抗生素企业的生产废水，宠物医院废水和养殖场废水，居民生活污水中也含有部分兽用抗生素。

1.2 污泥中的抗生素浓度

抗生素通过吸附作用残留在污泥中，当污泥用于农田施肥或者垃圾填埋时，进入土壤生态系统，污染土壤，进而威胁地表水和地下水系统的安全。抗生素在水中的溶解度、固-液相中的分配系数、亲脂系数Kow和表面所带电荷等因素会影响其在污泥中的残留浓度。依据相关调查表明，污泥中残留的抗生素浓度与抗生素使用量关系不大。如在我国四环素类抗生素和氟喹诺酮类抗生素在使用上不如β-内酰胺類和磺胺类抗生素使用广泛，但这2类抗生素在污泥中的残留浓度高于后2类。与污水相比，目前污泥中抗生素残留浓度水平和去除工艺的研究较少。但是污泥中积累的抗生素可能会随污泥回用农田进入土壤生态系统，诱导土壤微生物产生抗性基因，因此研究人员应加强去除污泥中抗生素工艺的研究。

2 城市污水处理厂对抗生素的去除途径

2.1 物理化学作用

2.1.1 水解

水解作用是水体中抗生素的降解方式之一，主要针对可溶性的抗生素。β-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类抗生素易溶于水，发生水解。pH是影响抗生素水解程度与速率的重要因素。β-内酰胺类在弱酸条件下水解较快，磺胺类抗生素在酸性条件下易水解，而在中性条件下几乎没有水解。四环素、土霉素、金霉素的水解速率与pH和温度显著相关。

2.1.2 光解

光解作用被认为是表层水中抗生素非生物去除的首要途径，污水处理厂处理工艺大部分构筑物露天设置，在阳光作用下，可以发生光解。光解作用可分为直接光解和间接光解，直接光解是指抗生素直接吸收光子降解，而间接光解是指水中的一些自然光敏物质，如硝酸盐和腐植酸在太阳光的照射下会产生一些基团，如·OH和1O2，这些基团吸收光子后，作用于抗生素，引发抗生素的降解。目前报道的自敏化光解主要为自敏化光氧化，即有机污染物吸收光子后，生成的激发三线态将能量转移给其他物质（如基态3O2、H2O），产生活性氧物种ROS，如1O2、·OH等，ROS再将化合物氧化降解。

2.2 生物降解

通常情况下，抗生物中的生物降解质量极其相关程度都会对以下几种因素带来影响：一种是自身结构；另一种是浓度的影响。不仅仅如此，还有可能会受到运行条件、微生物的基本状况等相关因素带来的影响。而研究次数较多的因素主要有以下几种：第一种是因子有供氧状况（这里可以包含好氧、缺氧抑或是厌氧）；第二种是HRT；第三种是SRT等。我国有一些研究人员在某城市的6个处理厂中对磺胺类抗生素存在的浓度进行研究，所得到的结果可以看出，磺胺类抗生素倘若是在缺氧时期及其好氧时期做出了去除的工作，那么在厌氧时期就会出现增加的情况，并且会发生负去除的现象。还有一些研究人员通过对好氧、缺氧及其厌氧对土霉素降解的具体状况进行了研究，得到的结果可以得知，无论是哪一种污泥都会对土霉素存在的降解水平带来影响，依据从高到低的顺利是：第一是好氧污泥、第二是缺氧污泥、第三是厌氧污泥。不仅仅如此，诸多研究人员还对活性污泥处理手段中的SRT及其HRT来对抗生素存在的降解情况进行了分析，有关研究人员认为将HRT因素提高不会对四环素的去除水平带来较大的干扰，但是增加了SRT能够推动四环素实现降解的目的。还有某些研究人员发现，将ABR通过反应得到的HRT从以前的1.25d提升到现在的2.5d，得到的氨苄西林去除率从原来的16.4%提升到42.1%，得到的金霉素去除率从原来的25.9%提升到31.3%。

3 结束语

通过以上内容的论述，对抗生素类物质进行研究的过程中，应当对以下几点引起必要的重视：（1）对于抗生物物理化学性质来说，使用次数较多的检测手段就非质谱联用技术莫属了。当前我国一些实验室中已经慢慢引入了该项新型技术，然而当前相关研究人员对抗生素的浓度进行检测大部分还停留到进出口食品行列，但是却对污水存在的抗生素浓度没有过多的检测次数，并且污染处理体系中抗生素浓度数据却处于匮乏的状态。（2）我国一些研究人员当前研究的主要内容是集于抗生素在不同处理手段中具有的效率极其不同工艺对抗生素的去除质量，但是却没有采取恰当的方案去研究抗生素在污水处理体系中会产生的影响极其相关因素，无法建立相应的模型，这样也无法对污水处理体系中存在抗生素的迁徙转化做出准确的判断。（3）我国建设成功的大部分处理工艺的主要任务倾向于对氮磷等常规污染物的去除，并且常规污染物主要依赖于以往污水处理工艺可以得到合理的去除。然而以往污水处理工艺在对抗生素进行去除的时候往往没有较高的去除率，甚至可能会出现负去除的情况。所以，相关研究人员需要依据抗生素等相关污染物，对其处理工艺加大开发力度，也是当前值得研究的课题之一。

参考文献

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