精制氧化型殺菌劑生產(chǎn)廠家自然水環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀、來源及危害

　　精制氧化型殺菌劑廠家自然水環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀、來源及危害。研究背景：近年來，抗生素作為一類新興有機(jī)污染物在自然水環(huán)境中的出現(xiàn)引起了國內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注。抗生素作為治療感染性疾病的藥物，其使用廣泛且用量較大。然而，抗生素進(jìn)入人體或動(dòng)物體內(nèi)之后，有5%～90%是以母體結(jié)構(gòu)形態(tài)或代謝產(chǎn)物形態(tài)通過尿液或糞便排出體外。例如，30%的諾氟沙星和70%的氧氟沙星未能代謝而從尿液中排出體外;55%的羅紅霉素和65%的阿奇霉素以母體結(jié)構(gòu)形態(tài)經(jīng)由糞便排出體外。因此，抗生素的大量使用容易導(dǎo)致其通過直接或間接的途徑進(jìn)入環(huán)境，進(jìn)而造成環(huán)境污染、危害生物體健康。

　　目前，世界諸多地區(qū)的自然水環(huán)境中已檢測到抗生素的存在，它們對(duì)環(huán)境中生物體造成的潛在不利影響已引起研究者的高度重視，相關(guān)研究已經(jīng)展開。本文綜述了近幾年國內(nèi)外不同地區(qū)的自然水環(huán)境中抗生素的污染狀況，同時(shí)分析了抗生素出現(xiàn)在環(huán)境中的主要來源。另外，基于目前已有研究成果對(duì)抗生素造成的環(huán)境危害進(jìn)行了綜述，以期加強(qiáng)對(duì)自然水環(huán)境中抗生素污染的認(rèn)識(shí)，同時(shí)希望能為進(jìn)一步開展抗生素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染減排控制等研究提供參考。

　　摘 要

　　隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)境安全意識(shí)的增強(qiáng)，抗生素等新興有機(jī)污染物在自然水環(huán)境中的出現(xiàn)已引起廣泛關(guān)注。簡述了不同自然水體中抗生素的污染現(xiàn)狀，分析了自然水環(huán)境中抗生素的主要來源和環(huán)境危害。分析表明:抗生素在近海海域和河流中的檢出頻率和濃度均高于湖泊和地下水中的值，這可能是由于人類活動(dòng)以及污水排放在海洋與河流中較其他水體更頻繁所致;污水處理廠出水是自然水環(huán)境中抗生素出現(xiàn)的重要來源之一，而抗生素在污水處理廠的去除率與其自身物理化學(xué)性質(zhì)和污水處理工藝有關(guān)。

　　01

　　自然水環(huán)境中抗生素的污染現(xiàn)狀

　　抗生素類藥物使用范圍廣、用量較大，導(dǎo)致其在自然水環(huán)境中出現(xiàn)的概率較大。諸多國內(nèi)外的研究報(bào)道指出，自然水環(huán)境中已經(jīng)檢測出多種抗生素，包括海洋、河流、湖泊和地下水等自然水體。

　　1.海洋中的抗生素

　　海洋是地球上最遼闊的水體，是自然水體的最主要組成部分，海洋中擁有種類繁多的生物，其生態(tài)系統(tǒng)極為龐大。抗生素類污染物對(duì)海洋的污染不容忽視。諸多研究考察了國內(nèi)外一些海域中抗生素的污染狀況，如表1所示，其檢出濃度為0.3～73722 ng/L。雖然其濃度處于納克級(jí)、微克級(jí)水平，但抗生素種類繁多，目前的大部分研究所考察的抗生素種類有限，并不能反映出水體中抗生素的實(shí)際污染狀況，因此也很難評(píng)估其真實(shí)危害。

　　表1 國內(nèi)外海域中抗生素的污染現(xiàn)狀

　　2.河流中的抗生素

　　河流是地球淡水資源的重要組成部分，是人類活動(dòng)用水如工業(yè)用水和飲用水等的主要來源之一，其水質(zhì)不僅對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)中的生物有影響，還對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人體健康具有直接影響。抗生素類污染物對(duì)河流的污染同樣關(guān)系到河流生態(tài)系統(tǒng)健康、人體健康等，因此引起了廣泛關(guān)注。如表2所示，依據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，國內(nèi)外的許多河流中已檢測到多種抗生素，其濃度為0.13～1900 ng/L。我國的重要河流，如長江、黃河、珠江等，均檢測到抗生素類污染物。

　　表2 國內(nèi)外河流中抗生素的污染現(xiàn)狀

　　3.湖泊與地下水中的抗生素

　　湖泊與地下水都是地球上重要的淡水資源，諸多研究表明，一些地區(qū)的湖泊與地下水均受到抗生素類污染物的污染，部分報(bào)道如表3與表4所示。安大略湖、密歇根湖、我國的太湖、青山湖等均檢測出抗生素，濃度為0.05～940 ng/L。地下水中抗生素的濃度為0.57～503 ng/L。從所涉及的文獻(xiàn)看，湖泊與地下水中抗生素的濃度要比河流與海洋中的值低，這可能是由于人類活動(dòng)在海洋與河流中較其他水體更頻繁所致。

　　表3 國內(nèi)外湖泊中抗生素污染情況對(duì)比

　　表4 國內(nèi)外地下水中抗生素污染情況對(duì)比

　　02

　　水環(huán)境中抗生素的來源

　　通過上文可看出，全球許多地區(qū)的海洋、河流、湖泊、地下水等水體中均檢測出抗生素，可見抗生素類污染物對(duì)于自然水體的污染具有普遍性。本文通過總結(jié)已發(fā)表文獻(xiàn)，歸納了抗生素進(jìn)入自然水體的主要途徑包括污水處理廠、水產(chǎn)養(yǎng)殖場、畜牧養(yǎng)殖場和藥品不恰當(dāng)丟棄。圖1為抗生素進(jìn)入自然水環(huán)境的途徑。

　　圖1 抗生素進(jìn)入自然環(huán)境的途徑示意

　　1.污水處理廠

　　抗生素在生物體內(nèi)只有一部分能夠代謝，據(jù)Kümmerer報(bào)道，10%～90%的抗生素經(jīng)生物體后以母體結(jié)構(gòu)形式由尿液及糞便排出，隨后隨污水進(jìn)入污水處理廠。然而，目前大部分污水處理廠所采用的生物法污水處理工藝并不能有效去除污水中的抗生素，這是由于大部分抗生素的可生化降解性較差。本文總結(jié)了4類常用抗生素在不同污水處理廠的去除效果，如表5所示。可知：不同種類的抗生素，其去除率不盡相同，這與抗生素自身的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的去除率普遍偏低，可能是由于該類抗生素結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易被破壞。喹諾酮類抗生素與磺胺類抗生素的去除率波動(dòng)較大，這與不同污水處理廠所用處理工藝不同有關(guān)。總體而言，這2類抗生素的去除率處于中等水平。β-內(nèi)酰胺類抗生素的去除率均較高，可能是由于該類抗生素穩(wěn)定性較差，容易被微生物所分泌的某些酶水解。另外，不同污水處理工藝對(duì)抗生素的去除效果不同，傳統(tǒng)活性污泥法對(duì)抗生素的去除效果較差，而膜生物反應(yīng)器工藝對(duì)抗生素的去除效果相對(duì)較好。總之，抗生素在污水處理廠的去除率與其自身物理化學(xué)性質(zhì)和污水處理工藝有關(guān)，但大部分抗生素的去除效果并不理想，從而導(dǎo)致其隨出水進(jìn)入排放海域或河流。可見，污水處理廠出水是自然水環(huán)境中抗生素重要來源之一。

　　表5 不同種類抗生素在污水處理廠污水中的濃度及去除率

　　2.水產(chǎn)養(yǎng)殖場與畜牧養(yǎng)殖場

　　抗生素除了用于醫(yī)治人體或動(dòng)物體疾病之外，還普遍被用于動(dòng)物飼養(yǎng)添加劑以保障動(dòng)物健康及快速生長，這在水產(chǎn)養(yǎng)殖場與畜牧養(yǎng)殖場應(yīng)用較為廣泛。據(jù)報(bào)道，美國平均每年約生產(chǎn)22700 t抗生素，其中約有50%用于水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)與畜牧養(yǎng)殖業(yè)。

　　淡水養(yǎng)殖場一般建造在河流、湖泊附近，海水養(yǎng)殖場常建造于近海岸海域中，因此養(yǎng)殖場中抗生素的使用通常會(huì)對(duì)附近地表水產(chǎn)生影響。Minh等在其研究中考察了維多利亞海灣中抗生素的分布情況，發(fā)現(xiàn)海域中土霉素和磺胺甲嘧啶的檢出濃度較高，推測是受到了該海域附近水產(chǎn)養(yǎng)殖場的影響。Zou等研究我國渤海海灣中抗生素分布情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，所考察海域中抗生素的來源主要有入海河流及附近水產(chǎn)養(yǎng)殖場排放的廢水。

　　畜牧養(yǎng)殖場中動(dòng)物所食用的抗生素只有部分被代謝，大部分以母體結(jié)構(gòu)隨排泄物排出，從而進(jìn)入環(huán)境中。有研究表明，若金霉素添加于牛飼料中的量為70 mg/(頭·d)時(shí)，牛糞便中金霉素含量為14 μg/g。

　　03

　　自然水環(huán)境中抗生素的危害

　　雖然抗生素在自然水環(huán)境中的濃度相對(duì)較低，但其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及人類健康的潛在危害不容忽視。隨著抗生素在自然水環(huán)境中被頻繁檢出，針對(duì)其危害的研究也越來越多。根據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，自然水環(huán)境中抗生素的危害可歸結(jié)為3個(gè)方面，即生物毒性、誘導(dǎo)抗藥菌或抗藥基因、威脅飲用水安全性。

　　1)作為抑制微生物生長的藥物，抗生素對(duì)于某些生物，特別是微生物的生長有不利影響。目前已有諸多文獻(xiàn)報(bào)道自然水環(huán)境中的抗生素對(duì)某些生物具有毒性作用，從而影響其正常生長或繁殖。例如，Andreozzi等研究了自然水體中痕量阿莫西林對(duì)藻類的毒性作用，發(fā)現(xiàn)阿莫西林對(duì)藍(lán)藻門聚球藻屬的S. leopoliensis藻具有較強(qiáng)的毒性作用，該抗生素對(duì)該藻類的無觀察效應(yīng)濃度(NOEC)、最低觀察效應(yīng)濃度(LOEC)和半最大效應(yīng)濃度(EC50)分別為0.78，1.56，2.22 μg/L級(jí)。另外，值得注意的是，目前針對(duì)抗生素類污染物的毒性或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常是在單一抗生素條件下開展，然而在實(shí)際水環(huán)境中，抗生素往往是以多種藥物混合共存的形式存在，協(xié)同作用可能產(chǎn)生比單一抗生素更強(qiáng)的毒性。Backhaus等研究了包括抗生素在內(nèi)的26種痕量藥物混合物在污水處理廠出水中的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果表明，該藥物混合物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值是任何單一藥物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值的1000倍以上，可見混合藥物的危害遠(yuǎn)大于單一藥物。

　　2)自然水環(huán)境中的抗生素能夠誘導(dǎo)抗藥菌或抗藥基因的產(chǎn)生。Luo等研究了天津市海河中磺胺類抗生素與抗藥性基因產(chǎn)生的相關(guān)性，結(jié)果表明，河流中磺胺類抗生素抗藥基因的相對(duì)豐度與河流中磺胺類抗生素的濃度呈正相關(guān)性。Jiang等的研究得出了類似的結(jié)論：黃埔江中2種磺胺類抗藥基因和8種四環(huán)素抗藥基因濃度與河流中殘留磺胺類抗生素和四環(huán)素濃度呈正相關(guān)性。

　　3)抗生素類污染物可能威脅飲用水的安全性。飲用水水源可能被抗生素污染，若凈水廠不能將抗生素去除，其將進(jìn)入飲用水管網(wǎng)。Benotti等考察了美國19所凈水廠的進(jìn)水、出水和住宅區(qū)管網(wǎng)自來水中多種藥物類污染物的污染情況，研究表明，17所凈水廠的進(jìn)水中均含有磺胺甲噁唑，最高濃度為110 ng/L(平均濃度為12 ng/L);11所水廠的進(jìn)水中含有甲氧芐啶，最高濃度為11 ng/L(平均濃度為0.8 ng/L);4所凈水廠出水中檢測到磺胺甲噁唑，最高濃度為3 ng/L(平均濃度為0.39 ng/L);1所凈水廠的住宅區(qū)管網(wǎng)自來水中檢測出磺胺甲噁唑，濃度為0.32 ng/L。

　　04

　　結(jié)語與展望

　　綜合來看，抗生素在近海海域和河流中的檢出頻率和濃度均高于湖泊和地下水中的值，這可能是由于人類活動(dòng)以及污水排入海洋與河流中較其他水體更頻繁所致。污水處理廠出水是自然水環(huán)境中抗生素的重要來源之一，而抗生素在污水處理廠的去除率與自身物理化學(xué)性質(zhì)和污水處理工藝有關(guān)。自然水體中抗生素的環(huán)境危害已得到科學(xué)證實(shí)。目前，針對(duì)該領(lǐng)域的研究方興未艾，尚待完善的研究方向有如下幾方面：加強(qiáng)對(duì)環(huán)境中多種抗生素聯(lián)合毒性效應(yīng)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究;加強(qiáng)抗生素在多介質(zhì)環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化研究;加強(qiáng)針對(duì)污水處理廠出水中抗生素等新興污染物減排控制優(yōu)勢工藝研究;加強(qiáng)抗生素在飲用水水源水及自來水中健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。

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