4种磺胺类药物及乙酰化代谢物在污水处理厂的去除及机制

乙酰化代谢物是磺胺类药物的重要代谢产物.为研究4种常见磺胺类药物及其乙酰化代谢物在污水厂中的去除机制,根据污水停留时间采集厦门某A2/O型工艺污水厂不同处理单元的污水和污泥样品,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱法检测目标化合物.结果显示,8种目标物中有6种在水体中被检测出,污泥中有5种目标物被检测出.计算总去除率及各个处理单元间的去除率,结果表明,磺胺二甲基嘧啶在污水厂中总去除率几乎为0,而其他5种化合物都有不同程度的去除,但不同目标物在各处理单元的去除率不同.利用质量平衡,分析各物质可能的去除机制,磺胺二甲基嘧啶可能去除机制为污泥吸附,磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶和磺胺甲唑可能的去除机制均为生物降解.     

磺胺类抗生素在华南地区不同污水处理工艺中的去除及风险评估

采用固相萃取、高效液相色谱-质谱(SPE-HPLC-MS)法研究了磺胺类抗生素在华南地区(以珠三角地区为例)AB、UNITANK、AAO 3种不同典型污水处理工艺中的去除规律。采用风险商值法评估磺胺类抗生素的环境风险。结果表明:3种工艺的进出水中均检测出较高浓度的磺胺类抗生素,较2007年和2010年调查取样结果增长较大,进水中以磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶浓度最高,出水中磺胺甲恶唑浓度较高;AAO工艺较AB及UNITANK工艺的去除效果更好,总去除率达到97%;磺胺类抗生素人均日质量负荷呈现逐年上升趋势,2016年广州污水处理厂人均日质量负荷高达102.81~129.31 mg/d;磺胺类抗生素在3种工艺的剩余污泥中含量极少,主要随出水排放至外界环境中。风险评估表明:除磺胺甲基嘧啶及磺胺对甲基嘧啶未检出不存在环境风险外,其他检出的5种磺胺类抗生素的环境风险为中低等级环境风险。     

医院典型废水处理工艺单元的抗生素去除效果与评价

采用固相萃取-高效液相色谱法同时检测了医院废水中2种喹诺酮类(氧氟沙星、环丙沙星)和4种磺胺类(磺胺嘧啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑)抗生素,并对医院废水处理工艺的抗生素去除能力进行了评价。结果表明,现行医院废水处理工艺对抗生素的去除能力介于36.3%~100%,废水处理工艺对医院废水中抗生素的去除能力由大到小为:"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯""化粪池→加氯""好氧池→沉淀池→加氯";"厌氧池→好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星和环丙沙星的去除率分别为92.5%和95.6%,磺胺甲基嘧啶的去除率为45.8%;"化粪池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶和磺胺甲叶恶唑去除率达到100%,氧氟沙星的去除率达到97.4%,环丙沙星、磺胺嘧啶和磺胺二甲基嘧啶的去除率分别为75.0%、57.9%、36.3%;"好氧池→沉淀池→加氯"工艺对磺胺甲基嘧啶去除率达到100%,氧氟沙星、环丙沙星和磺胺甲叶恶唑的去除率分别为59.5%、10.9%和53.8%;厌氧单元对氧氟沙星去除效果较差,对磺胺嘧啶去除效果较好;纯氧曝气好氧单元对环丙沙星、磺胺甲基嘧啶、磺胺二甲基嘧啶、磺胺甲叶恶唑和氧氟沙星的去除率分别为76.0%、62.5%、77.3%、68.4%和13.9%;加氯消毒单元对磺胺二甲基嘧啶的去除效果较差,对磺胺甲叶恶唑的去除效果较好,对其他4种抗生素的去除率也能达到50%以上。     

典型医药活性物质在污水处理厂中的归趋及其风险评估

采用固相萃取、高效液相色谱/串联质谱法 (污泥样品先采用超声波萃取预处理方法提取) 检测分析了包括磺胺类、喹诺酮类、大环类酯类抗生素、心血管类、止痛剂类等8类医药活性物质在重庆某污水厂中的含量水平及其行为归趋.采用 EC/PNEC 综合评价体系评估环境中目标医药活性物质的生态风险,利用质量平衡分析的方法分析了其在水相及污泥相中的分布.结果表明,目标物质在水相中均可检出,其检出浓度在ng/L~μg/L,在污泥样品中可检测出18种目标物质,其浓度在ng/g (干重,下同).仅仅1.1%的目标物质被污泥吸附去除.污水处理厂初级处理及氯化消毒阶段对目标物质无明显去除效果,目标物质的去除主要发生在生物处理阶段,生物的降解或转化作用是目标物质的主要去除机制.EC/PNEC分析表明,磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、氧氟沙星与脱水红霉素在污水处理厂出水及其污泥中综合评价因子均大于1,它们的存在可能对环境产生不同程度的危害.本研究结果表明,污水处理厂并不能完全去除水相中微量的医药物质,为防止排放导致的潜在生态风险,出水及污泥中活性医药物质需采取措施进行进一步的处理.     

典型医药活性物质在污水处理厂中的归趋及其风险评估

采用固相萃取、高效液相色谱/串联质谱法(污泥样品先采用超声波萃取预处理方法提取)检测分析了包括磺胺类、喹诺酮类、大环类酯类抗生素、心血管类、止痛剂类等8类医药活性物质在重庆某污水厂中的含量水平及其行为归趋.采用EC/PNEC综合评价体系评估环境中目标医药活性物质的生态风险,利用质量平衡分析的方法分析了其在水相及污泥相中的分布.结果表明,目标物质在水相中均可检出,其检出浓度在ng/L~μg/L,在污泥样品中可检测出18种目标物质,其浓度在ng/g(干重,下同).仅仅1.1%的目标物质被污泥吸附去除.污水处理厂初级处理及氯化消毒阶段对目标物质无明显去除效果,目标物质的去除主要发生在生物处理阶段,生物的降解或转化作用是目标物质的主要去除机制.EC/PNEC分析表明,磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、氧氟沙星与脱水红霉素在污水处理厂出水及其污泥中综合评价因子均大于1,它们的存在可能对环境产生不同程度的危害.本研究结果表明,污水处理厂并不能完全去除水相中微量的医药物质,为防止排放导致的潜在生态风险,出水及污泥中活性医药物质需采取措施进行进一步的处理.     

磺胺类药物在水中的分布及去除技术研究进展

磺胺类药物是一类水环境中高频检出的抗生素,虽然它们通常以ng/L或μg/L的浓度存在,但是可能具有直接神经毒性,对环境和人类健康产生潜在风险,是再生水安全利用中重点关注的目标污染物。该文综述了磺胺类药物(磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶和甲氧苄啶)在水环境中的分布特征与毒害效应,重点对磺胺类药物的去除技术(物理方法、化学方法、生物方法和耦合工艺)进行了系统总结,分析了各种处理技术的去除效果、存在不足及发展方向,并对未来磺胺类药物的高效去除及毒性削减的技术发展进行了展望,旨在为含有磺胺类药物的污(废)水生化尾水深度净化与再生水安全回用技术的发展提供指导。     

有机肥源磺胺类抗生素在土壤中的降解规律及影响因素分析

运用室内模拟降解法,研究了有机肥源磺胺类抗生素(磺胺嘧啶、磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺二甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑)在光照或避光条件下、不同类型土壤中的降解能力.结果表明,5种磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解规律均呈"L"型;不同磺胺在土壤中的降解性与药物自身性质相关,江西红壤中降解半衰期长短顺序为:磺胺甲恶唑磺胺二甲嘧啶磺胺嘧啶磺胺甲嘧啶磺胺二甲氧嘧啶;土壤中有机质含量越高,磺胺类药物在土壤中降解性越强,其降解速率大小为:东北黑土≈太湖水稻土江西红壤;磺胺类药物在土壤-粪便混合基质中的降解速率显著大于单一土壤,粪便的加入对磺胺类抗生素的降解性有较大促进作用,光照作用则相对影响较小.     

pH值和离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响机制

磺胺二甲基嘧啶作为普遍使用的抗生素代表,可通过动物粪便施肥及药物不规范使用进入到环境中.针铁矿是土壤中分布广泛且活性较高的一种矿物,会对磺胺二甲基嘧啶的环境行为产生一定的影响.为了正确评估磺胺二甲基嘧啶的环境风险,本文考察了溶液pH值、离子强度对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.结果表明:磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附具有明显的非线性,且吸附具有明显的滞后现象,吸附等温线可以用Freundlich模型较好的拟合(R~2=0.991);磺胺二甲基嘧啶在针铁矿上的吸附随着pH值的增加先增加后减小,随着离子强度的增加开始有微弱的增加然后保持不变;在酸性和中性条件下,表面络合作用是主导磺胺二甲基嘧啶在针铁矿表面上吸附的主要机制,在碱性条件下静电斥力是主导吸附的主要作用力.因此,在评估抗生素的环境行为时,应该考虑不同的环境条件对针铁矿吸附磺胺二甲基嘧啶的影响.     

畜禽养殖污水所含典型抗生素在人工湿地中的去除途径探讨

人工湿地处理畜禽养殖污水过程中,吸附作用为土霉素、环丙沙星和磺胺二甲基嘧啶在系统内的首要去除途径,其在3种抗生素去除过程中所占相对贡献比例分别为75%、85%和62%。水解作用为土霉素和环丙沙星在湿地中去除的次要途径,其对两者去除的贡献比例分别为21%和19%;磺胺二甲基嘧啶的次要去除途径为微生物降解作用(23%),而水解作用贡献比例仅为13%。通过对比无传统污染物添加组别分析结果,研究发现传统污染物存在不会对抗生素吸附作用产生显著影响,但土霉素和环丙沙星水解去除途径的贡献度会分别降低7%和5%,微生物降解对磺胺二甲基嘧啶的去除作用比例会提升21%。     

制革废水处理过程中磺胺类抗生素和抗性细菌的分布特征

针对两家制革厂废水处理过程中3种磺胺类抗生素和磺胺类抗性细菌的丰度和分布特性以及两个不同工艺污水处理厂对抗生素的去除规律做了相关研究.结果表明,3种抗生素在两家制革污水处理过程中均有检出,水样中3种抗生素的总质量浓度在59.1~706.7 ng·L~(-1)之间;两家制革厂废水处理剩余污泥中3种抗生素的总含量分别为4 388 ng·kg~(-1)和2 979.4ng·kg~(-1),与市政污水处理厂中的抗生素含量相差不大.不同的污水处理工段对3种抗生素去除效果不同,但去除效率均大于70%.生物处理单元对抗生素的去除率相对较高,而厌氧池是去除抗生素的主要阶段(去除率50%).两个制革厂的进出水和剩余污泥中共筛选出8株抗性细菌,这8个分离菌株可分为5个菌属.进出水中的抗性细菌含量介于9.37×10~3~5.08×10~5CFU·mL~(-1)之间,剩余污泥中的磺胺类抗性细菌含量较高分别为1.17×10`7CFU·g~(-1)和7.2×10~6CFU·g~(-1).两个制革污水处理厂对磺胺甲唑抗性细菌的去除率分别达到了1.34 log和2.15 log.     

广东省畜牧粪便中喹诺酮类和磺胺类抗生素的含量与分布特征研究

利用超声提取-高效液相色谱技术分析广东省20个规模化猪牛养殖场粪便中4种喹诺酮类(QNs)和4种磺胺类(SAs)抗生素的含量与分布特征.结果表明,猪粪中喹诺酮类和磺胺类化合物均全部被检出,前者总含量(QNs,鲜重,下同)在24.5～1516.2 μg/kg之间,平均为581.0 μg/kg,以恩诺沙星和环丙沙星为主;后者总含量(SAs)在1925.9～13399.5 μg/kg之间,平均为4403.9 μg/kg,以磺胺甲基嘧啶和磺胺甲唑为主.牛粪中喹诺酮类化合物也全部被检出,磺胺类化合物检出率在90%以上,QNs在73.2～ 1328.0 μg/kg之间,平均为572.9 μg/kg,以诺氟沙星和环丙沙星为主;SAs在1039.4～15930.3 μg/kg之间,平均为3787.7 μg/kg,以磺胺甲唑和磺胺甲基嘧啶为主.不同地区畜牧粪便中喹诺酮类和磺胺类化合物的含量与组成特征有明显差异,广州市猪粪和牛粪中两类抗生素的含量均较高,而佛山市、深圳市牛粪中磺胺-5-甲氧嘧啶和磺胺二甲嘧啶均低于检测限.     

生物酶强化厌氧消化去除污泥中的PhACs

为降低污水污泥中药理活性化合物（PhACs）产生的环境风险,利用生物方法强化污泥厌氧消化,提高其去除效果.以CFA（氯贝酸）、TCS（三氯生）、DCF（双氯芬酸）、CBZ（卡马西平）4种典型的PhACs为目标污染物,利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）定量分析污泥中的目标物,探究外加生物酶联合污泥厌氧消化法强化对PhACs的作用效果.结果表明,随着SRT（污泥停留时间）的增大,目标物的去除率有一定程度的增大,特别是在高温条件下,当SRT由7 d增至20 d时,CFA的去除率增长了45%;木瓜蛋白酶对中高温系统中CBZ的去除效果最佳,分别为63.8%和67.5%,同时对4种目标物总的去除率最高,分别为57.3%和61.8%;添加溶菌酶试验中,4种目标物去除效果差异较大,中温、高温系统中对TCS的去除效果最佳为81.7%和80.9%,去除效果最差的是CBZ,去除率为40.4%和33.5%;纤维素酶处理中,4种目标物的去除率均小于60%.混合生物酶试验中,高温条件下更易去除PhACs.研究显示,生物酶强化污泥厌氧消化能有效去除污水污泥中的PhACs.      

海口城区地表水环境中抗生素含量特征研究

采用固相萃取-高效液相色谱法研究了海口市城区主要地表水系(海甸五西路河段、鸭尾溪河段、东湖、西湖、红城湖、金牛岭公园人工湖以及美舍河)水体中喹诺酮类(环丙沙星、氧氟沙星)、磺胺类(磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺甲唑、磺胺二甲基嘧啶)2类共6种抗生素药物残留量。结果表明:(1)在海口市地表水系中6种抗生素皆有检出,检出浓度在3.4～1 385.8 ng/L之间,其中,磺胺甲唑、环丙沙星和氧氟沙星在水系每个检测断面中均有检出,磺胺甲唑的检出浓度最大,且含量明显高于欧美以及香港维多利亚港和珠江广州河段的抗生素药物残留量;(2)在海口市城区的地表水系中,喹诺酮类抗生素污染程度是金牛岭公园人工湖>红城湖>东湖>西湖>龙昆沟>美舍河>海甸五西路河段>鸭尾溪;磺胺类抗生素污染程度是西湖>鸭尾溪>海甸五西路河段>金牛岭公园人工湖>东湖>龙昆沟>红城湖>美舍河;(3)影响海口市城区地表水系中抗生素残留量水平的主要原因是气候环境、居住人口密度、污水排放量和水动力条件。     

养殖场周边土壤-蔬菜系统磺胺类药物残留及风险评价

采集了新乡市周边不同种类、规模的养殖场施用粪便的土壤以及蔬菜样品,并采用高效液相-荧光分析法测定了样品中磺胺嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和磺胺甲恶唑这3种主要磺胺类药物的残留情况.结果表明,3种磺胺类药物在土壤和蔬菜中的总含量范围分别为7.60~176.26μg·kg~(-1)和ND~32.70μg·kg~(-1),平均含量分别为70.73μg·kg~(-1)和7.08μg·kg-1.土壤中药物平均残留量均低于兽药国际协调委员会规定的生态毒害效应触发值(100μg·kg~(-1)).不同种类蔬菜中药物的残留量不同,青菜、油麦菜、白菜和大葱这4种蔬菜中3种磺胺类药物的平均残留量最高.所有蔬菜样品中3种药物的残留水平未超过磺胺类药物的日允许摄入量,但仍不能忽略人类长期食用所导致人体抗药细菌或基因的形成.     

典型抗生素类药物在城市污水处理厂中的含量水平及其行为特征

采用固相萃取、液相色谱/串联质谱（LC-MS/MS）法研究了8种常用抗生素（包括喹诺酮类、磺胺类、大环内酯类和氯霉素）在城市污水处理厂中的含量水平、去除特点及其行为特征.结果显示,药物的检出率和含量水平均高于美国及欧洲等国家.氧氟沙星、诺氟沙星、红霉素（脱水）、罗红霉素和磺胺甲唑5种抗生素在4家污水厂(香港2家,广州2家)中都有检出,进水和出水中的含量范围分别在16～1 987 ng·L^-1和16～2 054 ng·L^-1之间.其它3种抗生素仅在某些污水厂中有检出.抗生素在污水处理厂中不能被完全去除,最高去除率为81％.5种高检出率药物在污水厂中每日的环境排放量（包括污水和污泥中含量）在0.5～828 g·d^-1之间.计算结果表明,广州和香港地区的每人日消费量有较大差异,广州地区要明显高于香港地区,特别是大环内酯类药物.     

污水处理工艺中邻苯二甲酸酯的分布特征、去除效率及风险评估

邻苯二甲酸酯(PAEs)是一种具有致癌、致畸、致突变毒性效应的环境内分泌干扰物,其会随污水厂出水进入环境介质,从而影响人体健康.本研究采用气相质谱联用和生态风险评估模型研究了工业和生活污水处理厂中PAEs的分布特征,去除效率及出水中PAEs的健康风险与生态风险.研究结果表明：污水中PAE s的总含量为9.27～34.97μg·L^-1,污泥中PAEs的总含量为10.97～38.16μg·g^-1.工业污水处理厂和生活污水处理厂对PAEs的总去除率分别为52.49%～88.15%和96.2%～96.97%,且PAEs的主要通过生物降解途径被去除.污水厂出水中的PAEs对人体无致癌风险,同时对绿藻和水蚤均无明显风险,但对鱼类具中低等生态风险.本研究为污水厂后续针对PAEs去除进行水处理工艺优化提供了理论基础.     

超声-Fenton法对沼液中3种四环素类和3种磺胺类抗生素氧化去除的研究

近年来,各类抗生素被广泛用于畜禽养殖,并经动物代谢后随粪便和尿液排出体外.代谢物通过沼气工程处理后,得到的沼液又多用于灌溉,使得抗生素进入环境被农作物吸收,进而通过食物链的传递对人体产生危害,因此,沼液中抗生素的去除就显得尤为重要.本文选择畜禽养殖中使用较多的6种抗生素作为目标物质,采用超声-Fenton氧化技术进行去除.通过设置单因素实验考察了超声能量密度、H_2O_2浓度、pH值、n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))对抗生素去除的影响,并利用响应曲面法研究了各个因素的交互性影响,拟合出去除抗生素的最优条件.结果表明,通过单因素试验筛选出的最佳反应条件为:pH=4,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10,超声能量密度为0.050 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素、磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为91.90%、93.65%、86.09%、87.30%、77.54%、88.21%;再经由响应曲面法进一步优化实验方案得出优化条件为:pH=3.80,H_2O_2浓度为0.04 mol·L~(-1),n(H_2O_2)/n(Fe~(2+))=10.9,超声能量密度为0.055 kW·L~(-1),在此条件下四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为92.04%、94.23%、88.46%,磺胺甲恶唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺嘧啶的去除率分别为87.98%、80.78%、89.58%,养分TN、TP、TK的保留率分别为99.1%、98.6%、100.2%.可见,超声-Fenton氧化法对沼液中抗生素的去除效果良好,同时又可保留其养分.响应曲面法对优化超声-Fenton氧化去除沼液中的抗生素具有实际应用价值,这为沼液中抗生素的去除提供了一条可能的途径.     

基于QSAR和ICE模型的磺胺类药物的水质基准研究

药物水环境污染是一个严重的环境问题,引起了人们越来越多的关注。磺胺类药物是一类广泛使用的药物。文章应用水质毒性快速检测仪测定一系列磺胺类药物的发光菌毒性,建立发光菌毒性QSAR模型,从而解决ICE模型的基准物种毒性数据缺失的问题。基于发光菌毒性测试和QSAR、ICE毒性估算方法获得更多毒性数据,初步推导了保护水生生物的磺胺类化合物的水质基准,并为建立更加具有生态统计学意义的物种敏感性分布(SSD)模型提供一定的数据支撑。同时,结合国内外水环境中磺胺类药物的暴露水平,对我国磺胺类药物的风险水平做了初步评估,其中磺胺甲恶唑、磺胺嘧啶和磺胺喹恶林的风险较高。     

人粪便好氧堆肥过程中典型抗生素的消减特性

以人粪便和锯末为试验材料,进行3种不同温度(55℃、35℃和无温控)控制条件下的好氧堆肥试验,对比温度对堆肥过程中4种人们大量应用的抗生素(四环素、金霉素、磺胺嘧啶和环丙沙星)消减特性的影响.同时分别对抗生素在水环境、锯末载体和人粪便加锯末堆肥中的降解进行针对性试验,分析人粪便好氧堆肥中影响抗生素降解的主要因素或作用,并对其贡献进行了评价.结果表明,4种抗生素在高温堆肥中的去除效果最好,其去除率都在90%以上.相比磺胺嘧啶和环丙沙星,金霉素和四环素的降解对堆肥温度依赖更强.四环素和金霉素在堆肥中的去除主要为水解作用导致的去除,而磺胺嘧啶和环丙沙星的去除则主要归因于锯末有机质对其吸附的影响.与其它3种抗生素不同,微生物作用对堆肥中环丙沙星降解的影响是重要的,贡献率接近20%.     

超声激发碘自由基降解水中磺胺嘧啶

以H2O2和KI作为分子碘(I2)的来源,研究超声/H2O2/KI体系对磺胺嘧啶(SD)的降解效果.考察超声/H2O2/KI体系中溶液初始pH值、H2O2和KI添加浓度等因素的影响.采用碘自由基抑制剂甲硫咪唑对体系中的活性物质进行分析.结果表明,超声/H2O2/KI体系显著提高了磺胺嘧啶的降解效果,磺胺嘧啶的去除率随溶液初始pH值(2.6~5.2)的升高而降低; H2O2和KI的添加浓度对磺胺嘧啶的去除率影响较大,磺胺嘧啶的去除率随其初始浓度的增大而降低.碘自由基(I·和I2-·)是超声/H2O2/KI体系降解磺胺嘧啶的主要活性物质.HPLC图谱表明,磺胺嘧啶降解的同时生成4种产物,磺胺为降解产物之一.