城市污水处理系统中抗生素的分布及去除
王珂珂
摘要：根据目前国内外对城市污水处理的研究与发现，抗生素广泛存在于城市污水当中，我国城市污水中抗生素的分布也比较严重，并且浓度也不容乐观，结果表明四环素类和磺胺类最高浓度达到1000-10000ng/L，高出世界平均水平近10倍，因此研究抗生素的分布是具有一定的现实意义。本文一方面阐述了抗生素在城市污水处理系统中分布情况，一方面提出一些去除方案，一般自然条件下，包括水解和光解去除效率较低，然后人工湿地和膜过滤结合的方案一定程度上提高了去除效率，理论上可达到87%。
关键词：抗生；污水处理； 氧化；膜过滤
引言：中国是抗生素大国，也是抗生素生产大国，一定程度上抗生素的使用比较泛滥，据1995- 2007年的世界卫生组织疾病分类调查，中国抗生素使用达到疾病治疗总数的80%，这些数据表明中国成为世界上抗生素使用最严重也是最泛滥的国家。由于抗生素的滥用，使得医疗垃圾进入城市污水处理系统，对污水处理工艺提出了新的要求。
污水處理厂是城市处理污水的第一道防线，是人与环境之间重要的环节，目前我国较多城市的污水处理系统的技术比较常规，对抗生素的去除不够彻底，从而最终导致抗生素进入自然环境，可能增强细菌病毒的抗药性，形势非常严峻。本文研究就是为了改善污水处理中对抗生素去除不良的现状，揭示了我国城市污水处理系统的缺陷，具有显著的现实意义和实用价值。
1 污水中抗生素的来源和浓度分布
1.1 来源。根据欧盟卫生机构的调查研究发现，抗生素的来源主要分为三种种，70%来自医用，22%来自动物养殖使用，8%来自动物生长激素。进入城市污水处理系统的较大部分来自医用抗生素，包括医疗垃圾废水、居民生活药品垃圾，居民生活污水中和家禽养殖企业也一定程度排除含有较高浓度的抗生素，如图1为抗生素在环境中的迁移过程。
1.2 浓度分布。各国污水处理厂污水中抗生素含量如表1所示。表1表明，抗生素种类与浓度在世界各国中有较大差异。从中可以明显的看出，中国是抗生素大国，由于我国对于抗生素的使用量没有严格的规定，也没有强制的限制，因此使用必将导致一定程度上的泛滥。根据国家药品质检总局和卫生部门的联合调查发现，不完全统计，抗菌类药物占据了83.3%，也就是说12种药品中就有10种抗生素药品。所以我国城市污水中残留的各类抗生素远高于其他国家，尤其是磺胺类抗生素。我国城市污水中5种磺胺类抗生素的最大浓度均1400ng/L以上，而韩国、美国、西班牙和法国较正常。2 抗生素去除途径
2.1 水解。污水中抗生素的降解最基本的方式为水解作用。这种方法一般主要针对某一部分可溶抗生素，例如易溶于水而发生水解的β-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类抗生素，其中溶解的速率总和pH值和温度有关。如果能实现弱酸环境β-内酰胺类能够很快的水解，磺胺类抗生素也一样，这两者在碱性或者中性的情况下几乎没有水解。
2.2 人工湿地法。人工湿地根据水流方向分为表面流湿地（surface free water constructed wetland）、潜 流 湿 地（horizontal subsurface flow constructed wetland）和垂直流湿地（vertical subsurface flow constructed wetland）三种。采用砾石填料的是潜流湿地。这种湿地当中兼性厌氧微生物比较活跃，因此这些微生物可以有效的讲解抗生素，并且这种趋势潜流一直在蔓延。抗生素通过潜流湿地中的植物蒸腾作用转化排放到生态圈，并且也可以通过植物酶或酶辅助因子降解、破坏。而水流在这一系统中一直处于落空运行状态，当环境条件不允许的时候，水解和光解较难进行，因此这对喹诺酮类去除效果相对较差。
人工湿地对残留抗生素的去除效率提高的问题一直受到很多研究者的研究，其中文献中一部分学者对工艺提出了猜想并且进行了改造试验。人工湿地不同类型的自由组合对磺胺甲唑的去除率是单一潜流湿地去除率的2.1倍，在人工湿地前加上升流式厌氧污泥处理设备对某些难去除污染物的去除效率远高于单一人工湿地处理系统的去除效率。
2.3 膜过滤。利用选择透过性的薄膜的特点而产生的方案即膜过滤法，按照膜孔径的大小和分离驱动力划分一般可分为微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）和反渗透（RO）、渗析（Dialysis）、电渗析（ED）、渗透气化（PV）。这种方法使用之前必须将污水进行一定的初步处理，因为膜孔径细，成本高，容易被污染，最好提供其他成份已经去除的污水，进而单纯的分离出抗生素成份。微滤/反渗透对污水深度处理效率十分高，但是超滤不能有效去除分子量较小的抗生素，由于其孔径较大的原因，导致特定的抗生素的去除率只有40%左右。
参考文献
[1]刘小云，舒为群，邱志群，等. 水环境中耐热大肠菌群的抗生素耐药性与质粒谱研究[J].应用与环境生物学报
[2] Li B，Zhang T，Xu Z Y，et al. Rapid analysis of 21 antibiotics of multiple classes in municipal wastewater using ultraperformance liquid chromatography-tandem mass spectrometry[J]. Analytica Chimica Acta，2009，645：64-72.
