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水环境中抗生素污染现状与检测方法

2021-02-22 11:30:11

  摘要:作为一种新型污染物,近年来抗生素污染逐渐成为国际上研究热点,本文介绍了地表水、地下水和饮用水等水环境中抗生素污染现状,以及对各介质中抗生素的检测识别技术及可行性进行展望。

  关键词:水环境,抗生素,污染

  1.引言

  近年来我国对抗生素的使用量和生产量日益增加,抗生素根据其结构的不同一般分为β-内酰胺类、氨基糖苷类、喹诺酮类和大环内酯类。抗生素在医疗与养殖业中广泛应用,其中医用抗生素主要用于药品和个人用品,在处方药中占比6%,在兽用药中抗生素占比达到70%以上[1]。抗生素能有效防止对人类治病的多种细菌,在畜牧业中所使用的抗生素主要是为了提高动物的成长速度与抗病能力。然而,抗生素滥用产生的污染不可忽视:抗生素在使用后依然会有部分药物未被生物体吸收随排泄物排出[2],从而造成水体环境污染,此外抗生素广泛应用于家畜家禽生长中,甚至达到滥用的成都,因此养殖业的除了废水中抗生素浓度超标外,其农副产品例如肉产品、蛋产品中残留的抗生素含量较高仍然能够对人体产生一定的影响。

  2.水环境中的抗生素污染

  2.1水环境中抗生素来源

  目前我国污水处理厂并不能有效去除抗生素污染,地表水环境受到大量抗生素污染[3],水体经过的流域土壤中会有抗生素残留[4]。水环境中抗生素的污染来源主要是医疗系统排放的废水、养殖场排放废水及抗生素制药厂排放的废水[5]。抗生素随着水体进行迁移富集,通过食物链严重影响人体的健康,在日积月累的情况下甚至会产生耐药性基因的、畸形和基因突变等不利的影响[6]

  2.2地表水抗生素分布及浓度

  地表水中各类抗生素都被广泛检出,丁慧君[7]等人在对南昌市城市湖泊水体抗生素检测出不同的5类抗生素。王嘉玮[8]等人在对渭河流域干流水样检测发现了515种抗生素,且由于降雨量、温度变化、光解以及微生物代谢分解造成春季时抗生素浓度较高的现象。张俊[9]等人在海河流域生活区和水产养殖区污水排放附近地表水中检测出315种抗生素,其中最常见的一重磺胺甲基异孵唑的质量浓度为3.07-107.59ng/L

  2.3地下水抗生素分布及浓度

  由于水在经过土壤时会有一定的净化,所以抗生素在地下水的含量并不高,而且只有少数几种抗生素会存在于地下水中。黄昱等对美国18个州地下水水样中检测出磺胺噻唑[10]。洪蕾洁等[11]在对崇明岛地下水中的抗生素做检测到4种抗生素,其中浓度最高的磺胺甲噁唑可达241.5ng/L

  2.4饮用水抗生素分布及浓度

  城市饮用水经过水厂的一系列工艺,其中的抗生素含量远远低于其他环境介质中的浓度。叶必熊等[12]在对安徽省各地区自来水检测发现6种抗生素。张琳等[13]在西北地区某饮用水源地检测出水体中含有14种磺胺类抗生素。

  3.水环境中抗生素检测方法与污染现状

  水环境中抗生素污染情况要高于其他环境介质中抗生素的污染[14],尽管抗生素在水环境中会随着时间空间的变化不断减少[15],但其中只有一小部分抗生素会被降解[16],而更多的抗生素则残留在水环境中[17],并持续对水环境造成危害。

  3.1高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS

  姜蕾[18]等在黄浦江上游水体中采集的水样进行检测室发了了11种不同类型的抗生素,其中浓度最高的为36.85ng/L,使用该方法检测时操作简单且灵敏高。

  3.2液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS

  吴维[19]等使用LC-MS/MS测定水体中抗生素30种抗生素,在1-100ng/L区间依旧能有较为明显的区分度,最低可达1.5ngL,且该种方法的优点是分离效果好,能够有效区分不同类型的抗生素。

  3.3UASB-A/O-Fenton组合工艺

  解永磊等[20]在使用UASB-A/O-Fenton组合工艺处理四环素类抗生素废水,经过该方法处理后各污染组分能够有效降低,其中的COD、氨氮、总氮和色度的最多可降低至原有值的3%20%23%10%,使用该方法处理效果较好,能有效降低废水中的污染物对环境的影响。

  3.4固相萃取-超高相液相色谱法(HLB-U-PLC

  崔先锋等[21]在使用HLB-UPLC测定养殖水体中磺胺类抗生素时发现,在结果显示8种磺胺类抗生素不同区域养殖水域内磺胺类抗生素的总含量在0.25~20.26mg/L之间,含量由高到低排序依次为:池塘养殖基地>无公害养殖池塘>网箱养殖基地,该种方法检测限低,能够有效检测环境中衡量存在的抗生素。

  3.5串联固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法(HLB-UPLC-MS/MS

  刘健明[22]等使用HLB-UPLC-MS/MS测定水中9种抗生素,该方法在抗生素浓度水平0.5~20.0μg/L范围内能够有效检测,最低检测浓度为0.01~0.22ng/L因此所建立的方法有高效率,高灵敏度等特点,可成功应用于环境水体的抗生素残留分析。

  4.结论

  目前我国抗生素滥用问题仍然比较严重,因此有大量抗生素进入环境中,现如今我国对抗生素污染的研究尚处于高校和研究所层面的初步研究阶段,未进行全社会和工业界的系统管控,为了防止抗生素对人体产生严重影响,健全完善国家饮用水安全标准需要对抗生素进行定量检测分析归根结底需要抗生素评价检测标准和规范的出台,对环境中抗生素检测方法不断进步,因此抗生素污染监控将会不断完善。结合本论文情况分析得出,液相色谱-串联质谱法是目前所使用最广泛的抗生素分析技术,质谱具有重复性好、灵敏度高等优点,虽然其设备投入费用高,但是由于水环境中抗生素含量相对较低,低检测限的质谱具有很好的适用性。

  本文由山东农业工程学院学报整理。

水环境中抗生素污染现状与检测方法

主管单位:山东农业工程学院

主办单位:山东农业工程学院

国际刊号:ISSN 1008-7540

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