抗生素对活性污泥毒性研究进展

抗生素对活性污泥毒性研究进展

池韦婕

嘉善县环境监测站 314100

摘要：目前抗生素被大量应用于医疗卫生业和畜牧业，医疗卫生行业主要用来治疗一些细菌感染性疾病，畜牧业则不仅用于动物疾病的治疗，很多情况下还作为重要的饲料添加剂，用于预防动物疾病和促进动物生长。为了更好的使用抗生素，所以关于抗生素的研究工作我们也应该不断进取，为后期人们的生活带去更多地便捷。

关键词：抗生素；活性污泥；研究进展

一、抗生素简介

抗生素是一类生物(主要是真菌、放线菌或细菌等微生物)在其代谢过程中产生的具有杀灭或抑制他种生物(主要是微生物)作用的化学物质。除从微生物培养液提取外, 有些抗生素已能通过人工合成或半合成得到。由于在较低的浓度下抗生素便可以抑制或杀灭其他微生物，自其产生以来便被广泛应用于各个领域。抗生素的种类较多，β-内酰胺类、喹诺酮类、四环素类、氨基糖苷类、大环内酯类、磺胺类等都是目前使用比较广泛的抗生素。抗生素能够被有机体吸收利用，但是比例较小。研究表明，仅有10%的抗生素可以被机体吸收利用，大量未被吸收的抗生素以原形或代谢产物的形式进入环境^[1]。抗生素的吸附能力很大程度上取决于其 p H 值和离子强度。抗生素吸附作用强弱顺序依次为四环素类> 大环内酯类> 氟喹诺酮类> 磺胺类> 氨基糖苷类> 青霉素类。污水处理厂是环境中抗生素一个重要的聚集地。抗生素按用途分为医用和兽用，进入城市污水处理系统的医用抗生素主要来源于医院废水中残留的药物和病人的排泄物，制药废水的流失药物，居民生活丢弃的过期药物和排泄物等。兽用抗生素则多来自兽用抗生素企业的生产废水，宠物医院废水和养殖场废水，居民生活污水中也含有部分兽用抗生素。文中表格为各国污水处理厂抗生素的检出浓度。目前世界各国的污水处理厂进出水中都能检测到抗生素^[2-15]，检出的抗生素种类和浓度与各地区抗生素使用情况密切相关。世界各国检出频率较高的抗生素为磺胺类和喹诺酮类抗生素，与这两类抗生素在治疗疾病、畜牧养殖方面应用较广相符^[3-6]。

环境中残留的抗生素会诱发抗性基因的产生，这些基因依附于耐药菌株，通过生态环境中各种途径进入人体，使得人体对很多早期使用的抗生素产生了抗性，如果一些获得抗性基因的致病菌侵入人体，则这些抗生素就失去了临床药效。自从抗生素被广泛应用于临床治疗，抗生素抗性菌就被大量检出。近几十年来，随着抗生素种类的增多和使用剂量的增加，细菌耐药性逐步升级，耐药菌株越来越多，抵抗的药物种类也越来越广。

城市污水处理厂是环境中抗性菌主要来源之一，同时也能够去除部分抗性菌。据文献报道，抗性菌在城市污水处理过程中的曝气池和厌氧消化池中都有检出^[7-9]。Reinthaler 等对澳大利亚 3 家污水处理厂分离培养的大肠杆菌进行 24 种抗生素抗性调查发现，该环境汇总的大肠杆菌对青霉素类、头孢类、喹诺酮类、四环素类抗生素均有不同程度的抗性^[9]。

二、抗生素活性污泥吸附及生物降解

抗生素进入污水处理厂之后，有两种重要的去除途径，一种是污泥吸附，另一种是生物降解。生物降解对于抗生素的去除效果研究已较为充分，徐维海等^[10]从广州和香港4个污水处理厂中检测出诺氟沙星、氧氟沙星、红霉素(脱水)、磺胺甲嗯唑和罗红霉素，在进水和出水中的含量分别在16～1987 ng/L和16-2054 ng/L之间，进出水浓度基本没什么变化；Hirsch et al^[11]发现污水处理厂出水中的红霉素降解产物磺胺甲基异嗯唑和罗红霉素的最高残留浓度达6 μg/L；

各国污水处理厂抗生素检出浓度（ng/L）

从污泥吸附的角度来看，因抗生素种类以及环境条件尤其是pH条件的不同，污泥对于抗生素的吸附存在极大差异。Clara, M^[12]等研究表明，污泥对于双酚A、17β-雌二醇以及类固醇激素均存在很好的吸附作用。当pH为中性或是偏碱性时，浓度为25mg/L的双酚A污泥吸附率为60%，17β-雌二醇以及类固醇激素污泥吸附率为100%。随着pH值上升(9-12) 双酚A污泥吸附率从60%下降至10%，类固醇激素的污泥吸附率从100%下降至20%，17β-雌二醇的污泥吸附率从100%下降至10%。Yang, S.F et al^[13]研究了活性污泥对于磺胺类抗生素的吸附效率，结果表明，磺胺甲恶唑的活性污泥吸附率为7.2%，磺胺地托辛的活性污泥吸附率为19%，磺胺间甲氧嘧啶的活性污泥吸附率为11%。相对于磺胺类抗生素较低的污泥吸附率，四环素的污泥吸附率可达到75%-95%^[14]。Song, X.C et al^[15]等研究了活性污泥对于氧四环素的吸附性能以及重金属离子对于这种吸附作用的影响。结论表明，当每克活性污泥可以吸附22mg左右的四环素，当钠离子，钾离子，钙离子，镁离子以及镉离子在容易当中的浓度为0.01mol/L时活性污泥对于氧四环素的吸附作用受到抑制，其中钙离子、镁离子以及镉离子的抑制作用最为明显，随着pH的上升（3.5到5.5到8）这三种离子的抑制作用逐渐下降。当铜离子以相同浓度存在时，反而促进了活性污泥对于氧四环素的吸附。许多研究也表明，活性污泥吸附抗生素之后，又会有一定量的脱附^[13.14.16]。

三、抗生素对于活性污泥毒性研究

抗生素进入到污水处理系统之后，由于很难被生物降解，虽然大部分抗生素能被活性污泥吸附，但是吸附之后的抗生素又会有一定量的脱附。而且污水处理厂中存在重金属离子，大量重金属离子的存在会抑制污泥对于抗生素的吸附作用。

(1)四环素类类抗生素活性污泥毒性;(2)磺胺类抗生素活性污泥毒性;(3)大环内酯抗生素活性污泥毒性;(4)喹诺酮类类抗生素活性污泥毒性;(5)β-内酰胺类类抗生素活性污泥毒性;因此存在于污水处理厂中的抗生素必然会对活性污泥产生一定的毒性，有许多国内外学者对于该毒性做了研究，研究主要集中于集中重要的抗生素：四环素类，磺胺类抗生素、喹诺酮类抗生素、大环内酯类以及β-内酰胺类。

四、抗生素与其他物质共同存在对于细菌的影响。

城市污水处理厂是对综合污水进行处理，污水当中成分多样，因此抗生素对于活性污泥的作用很可能由于其他物质的存在而改变。(1) 抗生素与金属离子共同存在时对细菌的影响;(2 )抗生素与有机酸共同存在时对细菌的影响;(3) 抗生素与纳米粒子共同存在时对细菌的影响;因此研究抗生素与其他物质共同存在的情况下，对活性污泥的影响十分有必要。对于这个方向，国内外也有一些专家学者做了部分研究，主要集中在三种物质：金属离子，有机物以及纳米材料。

五、 总结

目前，有关抗生素对于活性污泥毒性的研究已经展开，尤其是近三年，相关文章陆续在SCI期刊发表。其中大多数文章研究的落脚点为单个抗生素不同浓度对于活性污泥的毒性或是对比多种抗生素对于活性污泥的毒性。并且，在研究抗生素对于活性污泥去除营养物质能力的影响方面，目前的研究考虑较多的依然是对于去除COD以及脱氮能力的影响，关于除磷方面只有极少数的文章做了相关研究，但是不够全面。基于以上两点，认为将抗生素与有机质、重金属以及纳米颗粒相结合，研究其对EBPR系统的作用机制是可行的。

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