抗生素的污染现状及去除方法研究进展

李铭洁，罗文平

（江西省吉安生态环境监测中心，江西 吉安 343000）

近年来，药物作为一种新兴污染物，因其对环境及人类健康存在潜在生态毒理学效应而引起人们极大的关注。抗生素（antibiotics）作为一类重要的药品，是由微生物（包括细菌、真菌及放线菌属）和高等动植物在代谢过程中生成的代谢产物或人工化学合成的类似物，其能够在低浓度下选择性地抑制或杀灭病原微生物的有机物质，长期且大量用于治疗人类、畜禽及水产动物的各类疾病。2000—2010年，抗生素药物的消费量增加了35%，生产年增加率在5%左右[1]。我国是抗生素生产和使用量最大的国家，摄取的抗生素很大一部分无法被人或动物利用，残留的抗生素会直接或以代谢产物的形式排出体外，从而造成环境污染问题。传统污水处理工艺对抗生素的去除率较低，仅为10%左右，污水处理厂成为抗生素的重要排放点源。本文对目前抗生素的污染情况以及抗生素的去除方法进行了综述。

1 抗生素的污染现状

1.1 水体中抗生素的污染特征

由于抗生素的广泛使用甚至滥用，其不可避免地会通过各种途经进入到环境中。有研究者调查了珠江三角洲、巢湖流域和长江三角洲等五个区域地表水中抗生素的污染水平，在这些水体样本中均检测出了磺胺类、四环素类抗生素，浓度介于3.9～381.5 ng/L。在污水处理厂中抗生素浓度更高，可达mg/L级别。环境中抗生素的检出跟其用量有关，四环素和磺胺类抗生素用量大，在环境中检出频率较高。

1.2 沉积物中的抗生素污染特征

沉积物是水体重要组成部分，在沉积物中也检出抗生素，且检出的抗生素种类与水体中的基本相同。聂湘平等调查了珠江三角洲某养殖区沉积物中抗生素的暴露水平，在这些样本中检测出了喹诺酮抗生素包括环丙沙星、恩诺沙星，浓度介于0～13.28 ng/kg。总体而言，沉积物中抗生素的浓度变化较小，因为沉积物中抗生素的流动性较差，相对较稳定。

1.3 土壤中的抗生素污染特征

与水体和沉积物中抗生素的检出水平相比，土壤中检出的抗生素以四环素类和喹诺酮类抗生素居多[2]，这与抗生素的使用模式及其环境行为相关。分析长江三角地区土壤中抗生素的污染情况结果表明，在选取的采样点中，园林、林地等地的样本中抗生素含量显著低于农田土壤中，其中四环素类抗生素的检出浓度最高，达41.43 μg/kg，而磺胺类抗生素为0.09 μg/kg。我国农田土壤中四环素类抗生素的检出浓度较高，磺胺类等抗生素检出浓度较低，主要原因是四环素类抗生素在畜禽养殖行业使用较多，种植中大量使用畜禽养殖行业产出的有机肥[3]。

2 抗生素的危害

由于人类、畜牧业及水产业中抗生素的不断使用，导致抗生素会不断进入到环境当中，故会产生一定的时间累积效应，对环境生物会构成一定的潜在危害。已有大量研究报道，抗生素对动物、植物和微生物存在不同程度的直接或间接影响，如抗生素（四环素、环丙沙星及磺胺嘧啶）在1 mg/L对黑麦草种子发芽存在一定的促进作用，当超过这一浓度，环丙沙星和磺胺嘧啶对种子发芽有抑制作用，而四环素仍有一定程度的促进作用；朱松海等人的研究结果表明，阿奇霉素和红霉素等四种大环内酯类抗生素对发光菌有不同程度的抑制作用，其最大效应浓度（EC50）介于30.05×10-5～108.6×10-5mol/L。

此外，抗生素还可诱导抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes，ARGs）的产生。ARGs可通过食物、地表水等各种途经进入人体，使得人体产生耐药性，因而ARGs被认为是一类比抗生素本身生态风险更高的新兴污染物。ARGs与抗生素的存在有一定的相关性，如当进水抗生素浓度介于0.5～3 mg/L时，Args的丰度虽然不影响脱氮除磷性能，但有一定程度的提高。大抗生素滥用对生态环境造成的严重破坏一直是研究的热点。因此，建立一种经济有效的抗生素去除方法迫在眉睫。

3 抗生素的去除方法

3.1 传统处理方法

现阶段去除的抗生素的常规方法有吸附法、活性污泥法和膜分离技术法等。就吸附法而言，其有操作简单、吸附效果好和安全性高等优点[4]。目前，采用金属、纳米材料、生物炭和碳纳米管等吸附抗生素的研究已有大量报道[5-6]，如发现碳纳米管对磺胺甲 唑具有优良的吸附性能，在100 min内可达到吸附平衡，且受吸附效果受pH影响；采用活性污泥、猪粪和水稻秸秆制成生物炭吸附水体中磺胺类抗生素，吸附性能较好，平衡吸附量6.27～16.67 mg/g。然而，这些吸附材料只是将抗生素转移至一个新的相中，并未完全消除抗生素，易造成二次污染，且存在成本高、使用寿命短等缺点。活性污泥法由于其水质处理效果好，运行稳定应用广泛，但运行成本高，去除效率不高。膜分离技术法具有效率高、操作简单等，有超滤、反渗透和微滤等，然而投资成本高且运行能耗高[7]。

3.2 新型处理方法

虽然国家未出台有关抗生素的排放标准，但由抗生素带来的危害逐渐引起了人们的重视。目前，抗生素新型处理方法有磁性离子交换树脂法、生物法和人工湿地法。大多药物和个人护理品（PPCPs）是以离子形式存在的，当PPCPs值接近中性pH值时，采用离子法去除。磁性离子交换树脂可以加速抗生素分解,从而有效地去除PPCPs的离子，去除效果优良。黄翔峰等[8]的研究表明，人工湿地对水体中磺胺类、喹诺酮类抗生素等具有良好的去除效果。

4 展望

本文综述了抗生素在环境中的污染状况和不同的去除方法，并介绍了不同处理方法的去除效果和优缺点。虽然目前有很多种方法去除抗生素，但大多去除方法都存在着一些不容忽视的缺点，如成本高、工艺复杂和条件有限等。为此，本文提出了以下研究需求以解决这些问题，并为今后的应用提供指导。

（1）尝试多方法多学科交叉。以往的抗生素去除方法大多局限于常见抗生素，如四环素和喹诺酮类抗生素，抗生素种类繁多，因此，探索可去除多种抗生素的处理方法迫在眉睫。

（2）去除机制的研究。对抗生素去除机制的深入研究有利于去除抗生素。虽然总结了部分去除机制，但对于很多完全去除抗生素的相关机制尚不清楚。