城市污水处理系统中抗生素的分布及去除研究

2.1.5膜过滤

膜过滤技术的基础是具有选择透过性的薄膜，由于膜的孔径很细，成本较高，为防止膜被污染,膜过滤之前污水都会经过一定的处理。常用的膜过滤技术按照膜孔径的大小和分离驱动力划分可分为微滤(M0、超滤(UI)、纳滤(NI)和反渗透(RO)、渗析(DialysiS、电渗析(ED)、渗透气化(PV等。

Koyuncu等研究纳滤膜对荷尔蒙和抗生素的去除,结果发现纳滤膜对四环素类抗生素的去除率较高，几乎可以达到100%,对磺胺类抗生素的去除率较低，原因是四环素类抗生素分子量较大(444——479g/mo),而磺胺类抗生素分子量较小(<253g/mo),分子量小的物质需要孔径更小的膜才能将其拦截。Sui等研究结果表明,微滤/反渗透联用是污水深度处理去除抗生素的有效途径，而超滤由于孔径较大，不能有效去除分子量较小的抗生素类物质，目标抗生素的去除率只有50%左右。

除了膜的孔径大小和拦截物质的分子量大小外，膜处理的效果还受过滤时间，目标物质在膜内外的浓度差等因素影响。Koyuncu等在研究中发现纳滤膜对抗生素类物质的去除在90min时达到饱和，去除率最大。

2.2生物降解

抗生素对微生物有一定的毒性,可能会对生物处理单元的处理效率造成一定影响,但生物降解仍然是抗生素降解的最重要途径。对抗生素的降解主要是依赖耐药性菌株,驯化出对抗生素产生耐性的菌株显得尤为重要。微生物对抗生素的转化和降解主要通过2种作用共同代谢作用和混合基质增长,两者的区别在于是否把抗生素作为碳源。

与生物膜法相比,活性污泥法在国内外城市污水处理厂的应用更广,对抗生素的去除也更为有效,可能是由于活性污泥对抗生素类物质还有吸附作用。活性污泥法对不同种类抗生素的去除率差别很大,从几乎不能去除到90%以上去除率。如甲氧苄啶在生物处理单元的去除率几乎为0β-内酰胺类生物降解几乎为100%m,磺胺类为39.1%——65%之间,喹诺酮类、四环素类和大环内酯类抗生素虽然在活性污泥中也有一定的去除但基本上是污泥的吸附作用，很少被微生物降解。

抗生素的生物降解速率和程度除了受抗生素自身结构和浓度的影响，还受生物处理单元的工艺、运行条件(如供氧状况、温度、pH、水力停留时间(HRT)、污泥停留时间(SRT)等)和微生物状况（生物量、生物多样性、生物活性等)等的影响。其中研究较多的影响因子有供氧状况好氧、缺氧或厌氧、HRT和SRT等。常红等通过对北京6个污水处理厂中磺胺类抗生素浓度的调查发现,磺胺类抗生素在缺氧段和好氧段有一定程度的去除,而在厌氧段有增加趋势，出现负去除现象。

杨煜东等_研究好氧、缺氧和厌氧污泥对土霉素的降解情况,结果表明,3种污泥对土霉素的降解程度由高到低依次为：好氧污泥、缺氧污泥和厌氧污泥。许多学者对活性污泥处理工艺的SRT和HRT对抗生素生物降解的影响进行研究,Kim等认为增加HRT对四环素的去除率影响不大，而SRT的延长可以促进四环素的降解。Zhou等则发现,把ABR反应器的HRT从1.25d增加到2.5d,氨苄西林和金霉素的去除率分别从16.4%和25.9%增加到42.1%和31.3%。

3展望

发达国家对环境中残留抗生素的研究已经持续了近十年,而我国学者是近几年才开始关注抗生素的污染问题。城市污水处理厂既是去除抗生素的场所，又是环境中抗生素的重要来源之一。对城市污水处理厂中抗生素类物质的研究，以下几个方面应该引起我国学者的关注：

(1)基于抗生素物理化学性质，应用较为广泛的检测方法是液相色谱一质谱联用技术。国内很多实验室已经引进了该项技术,但是目前对抗生素浓度的检测集中在进出口食品方面,对城市污水和污泥中抗生素残留浓度的检测较少,污水处理系统中抗生素基础浓度数据匮乏。另一方面,现有的数据由于缺乏统一的检测标准,可比性较差。应根据国情,建立污水、污泥中常用抗生素的标准监测方法，为污水处理系统中抗生素的去除提供依据。

(2）我国学者现有的研究重点是抗生素在各污水处理工艺单元存在水平及各工艺对抗生素的去除效率,而没有针对抗生素在污水-污泥系统中的具体去除机理及影响条件，缺乏相关去除机理的模型,不能对污水处理系统中抗生素的迁徙转化进行判断。

(3)国外研究发现，某些抗生素降解产物的生物毒性较其母体更大;而我国现在对抗生素类物质的检测大部分仅限于抗生素母体,在抗生素降解产物方面的数据几乎空白。应该在检测母体抗生素的基础上，对其降解产物进行研究，并且设计毒性实验,探明抗生素降解产物的理化性质和生态毒性。

(4）我国目前建成的城市污水处理工艺的重点还放在氮磷等常规污染物的去除,常规污染物依靠传统的污水处理工艺能有效的去除。但是传统污水处理工艺对抗生素等有机微污染物去除率通常很低，甚至出现负去除;另一方面,抗生素的残留会对生物处理单元中微生物产生一定的抑制作用，或者诱导抗性菌的出现。因此,针对抗生素等有机微污染物的污水预处理或深度处理工艺的开发,也是亟需研究的方向之一。