城市污水处理系统中抗生素的分布及去除研究

我国对于抗生素的使用量没有明确限制，也是抗生素使用大国,据不完全统计,我国目前使用和销售量列在前15位的药品中有10种是抗菌类药物。我国医院抗生素的使用率在67%——82%。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在1500ng/L以上，而韩国、西班牙、加拿大和澳大利亚等国家污水处理厂出水中磺胺类抗生素最大浓度基本低于500ng/L。美国环丙沙星和甲氧苄啶的检出浓度较高，环丙沙星在污水处理厂出水中最高浓度接近1000ng/L,甲氧苄啶最高浓度达到1220ng/L。内酰胺类抗生素稳定性较差，在水环境中容易降解成其他物质，因此，尽管使用十分广泛，污水中被检出次数较少。

1.3污泥中的抗生素浓度

抗生素通过吸附作用残留在污泥中，当污泥用于农田施肥或者垃圾填埋时，进入土壤生态系统,污染土壤,进而威胁地表水和地下水系统的安全。抗生素在水中的溶解度、固-液相中的分配系数、亲脂系数K0w和表面所带电荷等因素会影响其在污泥中的残留浓度。表2表明，污泥中残留的抗生素浓度与抗生素使用量关系不大。

如在我国四环素类抗生素和氟喹诺酮类抗生素在使用上不如3-内酰胺类和磺胺类抗生素使用广泛,但这2类抗生素在污泥中的残留浓度高于后2类。与污水相比，目前污泥中抗生素残留浓度水平和去除工艺的研究较少。但是污泥中积累的抗生素可能会随污泥回用农田进入土壤生态系统,诱导土壤微生物产生抗性基因，因此研究人员应加强去除污泥中抗生素工艺的研究。

2城市污水处理厂对抗生素的去除途径

抗生素进入污水处理系统后发生一系列物理化学反应，部分抗生素得以降解或脱离水相，使污水中的抗生素浓度降低。抗生素在城市污水处理厂中的去除途径可分为物理化学和生物降解作用。

2.1物理化学作用

2.1.1水解

水解作用是水体中抗生素的降解方式之主要针对可溶性的抗生素。p-内酰胺类、大环内酯类和磺胺类抗生素易溶于水,发生水解。pH是影响抗生素水解程度与速率的重要因素。β-内酰胺类在弱酸条件下水解较快，磺胺类抗生素在酸性条件下易水解，而在中性条件下几乎没有水解。四环素、土霉素、金霉素的水解速率与pH和温度显著相关。

2.1.2光解

光解作用被认为是表层水中抗生素非生物去除的首要途径,污水处理厂处理工艺大部分构筑物露天设置,在阳光作用下,可以发生光解。光解作用可分为直接光解和间接光解,直接光解是指抗生素直接吸收光子降解，而间接光解是指水中的一些自然光敏物质,如硝酸盐和腐植酸在太阳光的照射下会产生一些基团，如?OH和幻严],这些基团吸收光子后，作用于抗生素，引发抗生素的降解。

另外还有一些抗生素可以发生自敏化光解。目前报道的自敏化光解主要为自敏化光氧化，即有机污染物吸收光子后，生成的激发三线态将能量转移给其他物质（如基态3O2、H2O),产生活性氧物种ROS(reactiveoxygenspecies),如从1O2、.oh等,ROS再将化合物氧化降解。

抗生素的光解程度和光解速率取决于抗生素的分子结构、光源发射光的波长和光强、水相的pH、水中溶解性物质等因素。不同种类抗生素有不同的特征吸收光,如四环素类、氟哇诺酮类在A>290nm有明显的光吸收，而到达地球表面的光一般是A>290nm的太阳光,所以这几类抗生素在太阳光或模拟太阳光（>290nm的照射下能发生直接光解。

一些抗生素分子中具有酸碱解离基团，因此,pH对这些抗生素的光降解反应有显著影响。如磺胺类、四环素类和氟喹诺酮类抗生素,其分子中具有多个酸碱解离基团，在不同pH条件下具有不同的解离形式,导致其光降解速率和程度存在显著差异。Andreozzi等研究发现阿莫西林在微碱性条件下(pH=7.5）,光吸收系数高于pH=5.5时的吸收系数,直接光解速率更快。