水环境中抗生素污染现状与检测要点探究

崇明区环境监测站 王清琪

抗生素作为一种抑制微生物活性的化合物，极大地促进了畜牧业的发展，但抗生素的滥用也造成了一些环境问题，研究表明，环境中的抗生素残留仍具有一定的抗菌活性，这可能导致环境耐药性，并对人类健康和环境构成威胁。抗生素已成为一种新型污染物，引起了环境研究人员的广泛关注。

一、我国水生环境中抗生素的来源

我国水生环境中的抗生素主要来源于污水处理厂、制药厂、医院、农牧业等，而大部分抗生素被排放到水生环境中，现有的污水处理厂中很难去除，最后，大多数抗生素渗入水中，污染地表水，含抗生素的农药通过土壤进入地下水，污染地下水资源。

（一）地表水抗生素污染

在我国地表水中检测到多种抗生素，其含量均超标，有研究发现抗菌药物68种，非抗菌药物90种，主要分布在沿海发达城市，一些抗生素生产企业擅自排放抗生素废水，严重污染地表水；一些医院废物未经进一步处理就排入下水道，造成严重污染；在农业生产中，植物体内存在大量的抗生素农药残留，通过雨水进入地下水，污染地表水。

（二）污水处理厂废水中的抗生素污染

大多数抗生素在使用后难以代谢和分解，从人类废水中排放。然而，污水处理站目前的技术很难处理药物残留，大部分抗生素仍然存在于污水处理站。

（三）抗生素污染地下水

抗生素可以污染地表水和过滤垃圾渗滤液中的地下水，研究人员在地下水中发现了抗生素，在许多地区污染了地下水，并研究了抗生素在水生环境中的转化理论，目前，对地下水中抗生素的研究越来越多。

二、抗生素在水生环境中的环境风险

（一）对水生微生物的危害

抗生素的主要作用是抑制某些细菌的生长，但近年来许多抗生素被广泛应用，一些代谢和净化不足的抗生素直接进入水生环境，容易破坏环境中的微生物，特别是水中或土壤中的非耐药细菌被直接杀死，而耐药强的优势菌广泛传播。相关研究表明，抗生素会导致致病菌产生抗生素耐药性，特别是在动物性食品中长期添加抗生素后，许多抗生素致病菌会逐渐出现，可能对人类和动物健康产生不利影响。

（二）对植物和水生生物的危害

部分抗生素通过畜禽粪便进入水生环境，或以肥料的形式污染农田，影响作物的正常生长发育。研究表明，一些抗生素，如氟喹诺酮类，可能会影响塑料基因的复制。磺胺类和三氯苯类可能会影响作物的正常代谢，如叶酸和脂肪酸的合成，磺胺嘧啶对玉米等作物的正常生长发育有显著影响。同时，许多植物的根和叶，特别是根，含有大量的磺胺嘧啶，水生环境中抗生素水平较低，一般不会引起水生生物急性中毒；然而，长期接触低浓度药物可导致水生生物长期中毒，水生环境或水生生物中的抗生素残留可能对某些相似或相同的水生生物造成危害。目前，抗生素有很多种，四氯环己烷和五氯硝基苯的毒性不是很高，但EC50指数在36.39mg/L～938.42mg/L之间，说明毒性存在差异。

（三）对人体健康的危害

食品和饮用水中的抗生素残留物直接危害人体健康，动物饲料和饮用水中含有的抗生素，可以储存在动物体内。当人们食用含有抗生素残留物的食物时，抗生素残留物会以肉、蛋和奶的形式产生。虽然抗生素往往通过饮用水进入人体，但饮用水中抗生素的浓度通常不高，对人体的急性过敏反应也不是很直接。

三、抗生素污染现状

（一）中国的抗生素污染

Zhang等人的研究结果表明，珠江流域污染最严重的地区是南方，阿莫西林的浓度最高（3384ng/L），其次是氟碳化合物（2867ng/L），诺氟沙星和青霉素的浓度均在1000ng/L以上。

同时，Wang等人在学生尿液中检测到18种抗生素，其中恩诺沙星、氯霉素和土霉素含量最高（4.2%），说明我国抗生素使用比例较高，在被抗生素污染的环境中，会出现相应的耐药细菌，人体也会对抗生素产生耐药性，从而对人体健康构成威胁。

（二）国外抗生素污染

低剂量抗生素在国内外都有发现，戴秉国等在日本一家饮用水处理厂的水中检测到磺酰胺类兴奋剂，在瑞士、西班牙、美国和希腊污水处理厂不同浓度硫酸盐型兴奋剂、硫酸盐型兴奋剂、氧氟沙星、氨苄西林、甲氧基甲基苯丙胺和磺酰脲的检出率均在70%以上，三甲氧基苯丙胺的检出率为91.7%。根据疾控中心的报告，每年有1.8万吨抗生素被用于农业和牲畜，其中70%用于促进生长。

在丹麦，每年有24公斤的万古霉素用于人类治疗，而在水产养殖中使用了24000公斤碳水化合物抗生素，国外的污染比中国严重得多，然而，因为抗生素很难分解和抑制细菌，抗生素的潜在危害是可以预防的。

发达国家的抗生素水平和种类都低于我国，说明发达国家对抗生素的治疗比我国严重，对人、动物使用抗生素的限制也更严格。磺胺嘧啶是一种兽药，这也说明了抗生素在水产养殖和加工中并不完善；在湄公河三角洲地区发现少量磺胺嘧啶类残留，抗生素12种，仅检出4种；在日本和越南，可能有更多的抗生素和更少的医用抗生素。

四、水生环境中抗生素的转移转化及预防措施

抗生素在水环境中的迁移转化：

（1）吸附。抗生素通过分子间的作用力吸附在水中，在有机物质或颗粒的表面形成吸附位点或分子官能团（如醛、胺和有机化合物），一般来说，吸附能力强的抗生素在环境中相对稳定，容易被吸附。

（2）水解。这是一种非常有效的降解水中抗生素的方法，目前研究的重点是pH值对抗生素降解的影响，结果表明，在中性pH的水中，大固体和磺胺类药物的降解速度相对较慢，活性较低，β-乳酸类抗生素在低碱性、低酸性水环境中反应迅速，脑脊液被水解，无论水是酸、碱还是中性。

（3）光解。自然环境中的光、pH值和光敏因子都会影响光降解，在光降解过程中，活性氧如H2O和O2与抗生素相互作用并降解。在光环境下，光敏分子吸收光子，使其处于激发态，然后将激发态转移到抗生素上，反应，最终降解。

（4）微生物降解。在微生物的影响下，抗生素开始将大分子化合物由小分子降解为H2O和CO2，水分、温度和含氧量是影响微生物降解的主要因素。

五、水生环境中抗生素的检测方法

抗生素对水环境的污染比其他环境更为严重，虽然水中抗生素随着时间和空间的减少而减少，但只有一小部分被降解，更多的抗生素滞留在水中，继续对水生环境产生不利影响。

（一）高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）

姜蕾[1]等在黄浦江上游采集的水样中发现了11种抗生素，抗生素的最高浓度为36.85ng/l，该方法简便、灵敏。

（二）液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）

吴维[2]等采用LC-MS/MS对水中30种抗生素进行了测定，最小值为1.5ng/L，该方法分离效果好，能有效区分不同类型的抗生素。

（三）UASB-A/O-Fenton组合工艺

谢永磊[3]等采用uasb-a/o-fenton工艺处理四环素类抗生素废水，裂化速率、氨氮、总氮和色度分别降至初始值的3%、20%、23%和10%，可以有效减少废水中污染物对环境的影响。

（四）固相萃取-超高相液相色谱法（HLB-UPLC）

崔先锋[4]等采用HLB超高效液相色谱法测定了水产养殖水中磺胺类药物的含量，结果表明，不同地区养殖水体中8种磺胺类药物的总含量为0.25-20.26mg/L，可有效检测环境中抗生素的含量。

（五）固相萃取高效液相色谱串联质谱分析

刘锦准等采用HLB-UPLC-MS/MS法测定水中9种抗生素，该方法可有效检测0.5-20.0μg，最低检测浓度为0.01-0.22ng/L，可用于环境水体中抗生素残留的分析。

六、水生环境中抗生素残留污染的控制方法

（一）吸附

方法简单，成本低，g-bn对水中抗生素的吸附能力，具有一定的吸附和解吸能力，合成的g-bn是一种由B和n元素组成的六方蜂窝型近二维模型涂层材料，具有良好的抗生素吸附能力。利用芦荟吸附四环素抗生素，吸附率大于50%。然而，芦荟在吸附过程中起到催化剂的作用，改变了污染物的化学结构。

（二）高级氧化工艺（AOPs）

臭氧氧化、硫离子氧化和半导体光解是控制抗生素水污染常用的高级氧化技术，氧、氧、氯和环己烷在3个pH值（3，7，11）下的分解，该方法能有效去除废水中的氧环己烷，pH=7时降解率最高，许多实验研究了消除抗生素的条件。Palominos对四环素类抗生素的降解进行了研究，发现四环素类抗生素的光催化降解率超过98%，光催化技术在工程应用中的主要问题是如何开发一种高效、易回收、对光反应性好的光催化剂。

（三）生物处理技术

生物处理技术是指将水中不同微生物产生的抗生素残留物作为不同条件下的营养基质，通过生物代谢降解抗生素残留物。杨军等采用单相厌氧污泥床反应器（UASB）处理克拉霉素废水。反应器需要较长的固体停留时间（SRT）和水力停留时间（HRT）。厌氧生物处理动力学研究表明，不可降解物质约占COD的三分之一，可能是导致降解效果的原因。冯敬伟等对厌氧-好氧联合水解酸化工艺进行了研究，并对同容积循环活性污泥系统（CASS）厌氧复合床反应器（UBF）进行了比较，两种系统均可有效处理废水中的抗生素。

七、结束语

目前，随着国家医疗工业的快速发展，抗生素的使用也越来越多，但是抗生素的滥用仍然很明显，由于生活污水处理技术不是很先进，对水生环境抗生素污染的研究成果较少，因此，我们应研究水体中抗生素污染问题，建立全面的环境风险评价体系，探索和研究更好的抗生素残留检测技术，应用防控技术，不断加大新的研发力度。