曾冠軍 柳嫻 馬滿英

摘要 使用抗生素引發(fā)的水體污染已成為水環(huán)境亟待解決的問(wèn)題之一。介紹了水體中抗生素的主要來(lái)源和危害，歸納了水中殘留抗生素的去除方法，并對(duì)其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 水體污染；抗生素；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào) S949 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）03-0072-03

Abstract Water pollution caused by the wide application of antibiotics is nowadays recognized as one of the most urgent issues in water environment.The main sources and harms of antibiotics as well as the removal methods of antibiotic residues in water were introduced，and the future development direction of antibiotics removal was forecasted.

Key words Water pollution；Antibiotics；Research advance

抗生素（Antibiotics）是生物（包括微生物、植物和動(dòng)物）在其生命活動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生或者由其他方法獲得的，能在低濃度下有選擇地抑制或影響他種生物功能的有機(jī)質(zhì)[1]。目前，抗生素的種類已達(dá)幾千種，主要有β-內(nèi)酰胺類、氨基糖甘類、酰胺醇類、大環(huán)內(nèi)酯類、多肽類、硝基咪唑類、抗結(jié)核菌類、四環(huán)素類等。自1928年發(fā)現(xiàn)青霉素以來(lái)，人們開(kāi)始在治療各種病癥方面大量使用抗生素，并在家禽飼養(yǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖和食品加工等方面廣泛應(yīng)用。現(xiàn)有的污水處理工藝并不能將抗生素完全去除，以至于水體中殘留的抗生素類物質(zhì)越來(lái)越多，加重了水體中抗生素的污染。目前，抗生素對(duì)水體的污染日益嚴(yán)重，引起了國(guó)內(nèi)外專家的重視，并展開(kāi)了相關(guān)研究[2]。筆者綜述了水體中抗生素的來(lái)源及危害，并對(duì)發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 水體中抗生素的來(lái)源

長(zhǎng)久以來(lái)，抗生素不僅用于治療人類疾病及預(yù)防畜禽疾病，并且還應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖以促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)?？梢?jiàn)，水體中殘留的抗生素主要來(lái)自生產(chǎn)抗生素類藥物產(chǎn)生的污廢水、人用抗生素、動(dòng)物用抗生素和農(nóng)用抗生素。

1.1 生產(chǎn)抗生素類藥物產(chǎn)生的污廢水

制藥產(chǎn)生的污水因其污染物多屬于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有毒有害和難以降解的有機(jī)物質(zhì)，對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。我國(guó)是一個(gè)抗生素使用大國(guó)，生產(chǎn)抗生素類藥物的公司很多。在生產(chǎn)抗生素類藥物的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量含有抗生素的污廢水。在抗生素類藥物制藥公司，主要從生產(chǎn)過(guò)程中排水、輔助過(guò)程中排水、沖洗水這3條途徑產(chǎn)生抗生素污廢水[3-5]。在生產(chǎn)過(guò)程中所排的污廢水水量可能不大，但是抗生素類物質(zhì)濃度含量很高。

制藥公司產(chǎn)生的污廢水雖然會(huì)經(jīng)過(guò)處理再排放到自然水體中，但是現(xiàn)有的傳統(tǒng)污水處理工藝難以將抗生素類物質(zhì)完全去除。甚至有些制藥公司為節(jié)約成本，直接將未經(jīng)任何處理的含有抗生素的污廢水直接排入水體，對(duì)自然水體造成了嚴(yán)重污染。如2014年山東魯抗醫(yī)藥被曝出向京杭大運(yùn)河大量偷排抗生素污水，濃度超自然水體10 000倍。

1.2 人用抗生素

人類使用抗生素藥物一般分為醫(yī)院抗生素的使用和家庭抗生素的使用，抗生素在人類疾病治療上的廣泛使用，使得抗生素的污染加重。據(jù)世界衛(wèi)生組織一項(xiàng)調(diào)查顯示，我國(guó)住院患者抗生素藥物使用率高達(dá)80%，其中使用廣譜抗生素和聯(lián)合使用2種以上抗生素的占58%，而家庭自備抗生素的使用率也已高達(dá)80%，我國(guó)患者的抗生素使用率高達(dá)70%左右，遠(yuǎn)高于西方國(guó)家（30%）?？梢?jiàn)，我國(guó)抗生素濫用情況較嚴(yán)重[6]。

醫(yī)院是抗生素大量使用的地方，由于病人集中，也是抗生素污染的主要地方?？股匚镔|(zhì)不僅從人體排出進(jìn)入水體，還有一些醫(yī)用器械清洗掉的殘留抗生素也進(jìn)入水體。醫(yī)院的污廢水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單處理就直接排入城市污水收集管網(wǎng)中，甚至一些醫(yī)院的污廢水不經(jīng)任何處理就直接排放到城市污水收集管網(wǎng)或者自然水體中，對(duì)水體造成了嚴(yán)重的抗生素污染。此外，還有將一些未經(jīng)使用但已經(jīng)過(guò)期的抗生素類藥物和殘留抗生素的藥瓶直接丟棄到自然環(huán)境中，使得抗生素類物質(zhì)經(jīng)過(guò)地表徑流和地下徑流進(jìn)入水體，對(duì)水體造成污染[7-13]。

家庭抗生素的使用也是造成水體抗生素污染的重要因素之一，一些病人長(zhǎng)期服用抗生素類藥物治療疾病和一些個(gè)人護(hù)理品也含有大量抗生素。人體只能吸收小部分的抗生素，80%～90%的抗生素以原形和代謝物的形式隨著糞便和尿液排出體外，最終進(jìn)入水體對(duì)水體造成污染。

1.3 動(dòng)物用抗生素

動(dòng)物用抗生素分為畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖的病害防治及飼料添加劑?？股卦陴B(yǎng)殖業(yè)使用廣泛，但是大部分未進(jìn)行有效處理直接將抗生素殘留物或代謝物暴露于環(huán)境中，最終進(jìn)入水體，對(duì)水體造成污染。根據(jù)美國(guó)食品和藥品管理局（FDA）報(bào)告，2011年全美所售抗生素的80%用于牲畜飼養(yǎng)，用于牲畜的所有藥品中四環(huán)素占66.67%以上[6]。

隨著大規(guī)模的畜牧養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖，含有抗生素類的病害防治藥物和飼料添加劑被大量使用。家禽和家畜對(duì)于抗生素類物質(zhì)的吸收只有20%～30%，其余70%～80%以原形或者代謝物的形式排出體外。隨著畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，含有各類抗生素物質(zhì)的糞便也越來(lái)越多。大多數(shù)畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)對(duì)糞便的處理就是用水沖洗。水產(chǎn)養(yǎng)殖中抗生素類物質(zhì)的使用，使抗生素類物質(zhì)直接對(duì)水體造成污染。只有25%左右的抗生素被水產(chǎn)類動(dòng)物吸收，其余溶解在水體中，或者沉積在水體底泥中[14]。

1.4 農(nóng)用抗生素

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。有些農(nóng)藥中含有大量抗生素類有機(jī)質(zhì)，我國(guó)已登記的農(nóng)用抗生素類農(nóng)藥已有20余種，170余個(gè)產(chǎn)品，如井崗霉素、農(nóng)抗120、多抗霉素等[15]。在使用農(nóng)藥防治病蟲(chóng)害時(shí)，大部分農(nóng)藥直接進(jìn)入環(huán)境或者殘留在植物表面。這些殘留的抗生素隨著雨水的沖洗，進(jìn)入水體。農(nóng)藥中所含抗生素造成的面源污染，使得水體污染加重。

2 水體殘留抗生素的危害

雖然水體中抗生素的殘留物是μg/L級(jí)別，甚至是ng/L級(jí)別，但是仍會(huì)對(duì)水體生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，也會(huì)給人類健康帶來(lái)威脅。

2.1 對(duì)水體生態(tài)的危害

抗生素的作用就是抑制或者殺死致病菌，這就使得不耐藥菌群生長(zhǎng)受限或被殺死，耐藥優(yōu)勢(shì)菌群得以很好地生長(zhǎng)繁殖，這嚴(yán)重破壞了水體的生態(tài)平衡。水體中長(zhǎng)期存在抗生素殘留物，對(duì)水體中菌群的平衡有很大影響，會(huì)使水體的自凈能力降低。水體中的細(xì)菌作為水體生態(tài)系統(tǒng)的分解者，如果失去了平衡，將會(huì)對(duì)水體造成嚴(yán)重影響。如果有些有害物質(zhì)不能分解，導(dǎo)致對(duì)水體造成持續(xù)性污染，也會(huì)使水體的底泥增加，造成水體功能慢慢退化。

水體中長(zhǎng)期殘留的抗生素能夠誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生抗藥基因，這些抗藥基因能夠在不同細(xì)菌之間傳遞，也會(huì)遺傳給子代的細(xì)菌。如果致病細(xì)菌獲得了這些抗藥基因，將對(duì)人類的健康帶來(lái)巨大危害。研究表明，抗生素能誘導(dǎo)病原菌產(chǎn)生耐藥性，特別是長(zhǎng)期大劑量地在飼料中添加抗生素，會(huì)產(chǎn)生一些能夠抵抗強(qiáng)力抗生素的病原菌，這些病原菌株的出現(xiàn)，對(duì)人和動(dòng)物都極具威脅[16]。

2.2 對(duì)人類健康的威脅

現(xiàn)代的飲用水處理工藝很難將水體中殘留的抗生素去除，雖然國(guó)內(nèi)外研究表明，飲用水中ng/L級(jí)的抗生素不會(huì)對(duì)人體造成危害，但是長(zhǎng)期飲用會(huì)抑制或者殺死對(duì)人體有益的菌群，還會(huì)影響人體一些器官組織功能，也會(huì)形成對(duì)某些物質(zhì)的過(guò)敏反應(yīng)，部分抗生素物質(zhì)還有致癌、致畸、致突變或者激素類的作用。如某些POPs物質(zhì)，在環(huán)境中的濃度與抗生素相當(dāng)，但是其雌激素效應(yīng)會(huì)造成人類生殖率降低，不孕癥增加等[16]。

3 水體殘留抗生素的去除方法

常規(guī)的水處理方法難以將抗生素類物質(zhì)完全去除。簡(jiǎn)單的物理方法更不能將水體中的抗生素類物質(zhì)有效去除。抗生素類物質(zhì)對(duì)某些細(xì)菌有抑制作用或者致死作用，故不能使用傳統(tǒng)的生物處理方法來(lái)去除。因此，只有用化學(xué)方法中的氧化法才能有效去除水體中的抗生素。

化學(xué)氧化法是指通過(guò)化學(xué)氧化劑與抗生素類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)或產(chǎn)生羥基自由基的強(qiáng)氧化劑將抗生素類物質(zhì)氧化去除。常見(jiàn)的能去除水體中抗生素的化學(xué)氧化劑主要有O3、KMnO4、ClO2、TiO2、Na2S2O8等。劉佳等[17]研究認(rèn)為，臭氧的氧化能力極強(qiáng)，在酸性溶液中，其氧化還原電位（E°）為2.07 V，氧化性僅次于氟（E°=2.87 V）；在堿性溶液中（E°=1.24 V），氧化能力略低于氯氣（E°=1.36 V）。同時(shí)，臭氧既可以與抗生素直接反應(yīng)，又可以分解產(chǎn)生羥基自由基間接反應(yīng)，直接反應(yīng)有明顯的選擇性，對(duì)含未被質(zhì)子化的氨基和雙鍵反應(yīng)較快，而羥基自由基則發(fā)生無(wú)選擇性的快速反應(yīng)。臭氧不會(huì)對(duì)水體造成二次污染，是一種較好的氧化劑。此外，還可以利用光催化降解水體中殘留的抗生素，這是由于抗生素在光照下產(chǎn)生了活性，在催化劑和光照下發(fā)生氧化反應(yīng)[18]。劉利偉等[19]進(jìn)行了TiO2光催化降解水中喹諾酮類抗生素的研究，結(jié)果表明，TiO2用量1.0 g/L、抗生素初始濃度10 mg/L，pH為7，反應(yīng)80 min，3種喹諾酮類抗生素的降解率均達(dá)到95%以上。利用Na2S2O8的強(qiáng)氧化性去氧化水中的抗生素類物質(zhì)，目前是一種比較前沿的高級(jí)氧化技術(shù)。在光、熱、過(guò)渡金屬離子（Fe2+）等條件下，S2O82-可活化分為SO4-，其氧化能力強(qiáng)于硫酸鹽本身，在難降解有機(jī)物的氧化過(guò)程中起著關(guān)鍵作用[20]。利用SO4-·的強(qiáng)氧化性能夠有效去除水中的難降解有機(jī)物，也能夠有效去除水中的抗生素。

4 結(jié)論與展望

目前實(shí)施的地表水109檢測(cè)指標(biāo)中，尚無(wú)抗生素檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)?？股丶葲](méi)有專門監(jiān)測(cè)，也沒(méi)有被專門處理。面對(duì)水體已經(jīng)被抗生素污染的事實(shí)，應(yīng)該從污染源頭加強(qiáng)對(duì)抗生素的控制和治理[21-23]。

應(yīng)該摸清我國(guó)水體抗生素污染的現(xiàn)狀和分布規(guī)律，以及水體中抗生素隨水體溫度及在不同水質(zhì)中的變化規(guī)律，加大化學(xué)氧化法去除水體中抗生素的研究力度，使高級(jí)氧化技術(shù)應(yīng)用于自然水體抗生素污染處理中[24]。還可以利用植物去除水中的抗生素類物質(zhì)，目前生態(tài)浮床（島）技術(shù)趨于成熟，已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，因此可以選擇特定的植物去除水中的抗生素。陳小潔等[25]研究了大漂和鳳葉蓮2種水生植物對(duì)水體抗生素的去除效果，對(duì)抗生素含量小于2.5 μg/mL的污水，培養(yǎng)72 h后，大漂和鳳葉蓮對(duì)鹽酸四環(huán)素的去除率分別高達(dá)80%、90%，對(duì)氨芐青霉素的去除率分別達(dá)80%、70%以上。利用植物去除水體中的抗生素，不會(huì)對(duì)水體帶來(lái)二次污染，是今后水體抗生素污染修復(fù)的研究方向。

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