水中磺胺甲噁唑去除技术的研究进展

磺胺甲噁唑是一种典型的磺胺类抗生素,在生活中有着广泛的应用,在湖泊、河流和废水中经常能检测其存在。该物质分子结构复杂、难被生物降解且毒性大,在水环境中的积累会对人类和自然环境造成威胁,传统的水处理工艺很难将其去除。目前,磺胺类药物的降解研究成为了国内水处理的热点问题之一。文章介绍了磺胺甲噁唑的污染现状和危害,以及磺胺甲噁唑的去除技术,比较了各种去除技术的效能及优劣点,指出磺胺甲噁唑去除技术的现存问题及今后的研究方向。     

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。     

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.     

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。     

运用物种敏感度分布法推导磺胺类药物的水质基准

基于中国的水生生物区系特征,筛选了包括细菌、藻类、轮虫、甲壳类、鱼类、水生植物等水生生物的急性毒性数据,使用物种敏感度分布法探讨了物种的敏感度分布特征,推导了磺胺类药物的水生生物水质基准。同时,用基准值与毒性百分数排序法在对急性值的推导上做了对比,总体显示HC5值大于急性浓度终值(FAV值),毒性百分数排序法更加保守。在用不同模型拟合过程显示,所选用的6种磺胺类药物,除磺胺嘧啶外,5种SSD计算出的HC_5的几何均值可作为推导基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)的基准值。从物种敏感度分布法推导出的基准连续浓度(CCC)值显示,磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑和磺胺氯哒嗪的数值较低,分别为0.02、0.06、0.08 mg/L,均低于0.1 mg/L。由于毒性数据量偏小,个别数据的波动对数据分布特征影响较大,几种模型推导的磺胺嘧啶的HC_5几何均值与急性浓度终值(FAV值)的差异也反映了应用不同方法推导水质基准会产生一定的不确定性,需要根据现有数据的数量和质量,选用适宜的方法进行水质基准的推导和确立。     

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.     

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噁唑可能的去除机制均为生物降解。     

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。     

水体中3种磺胺类药物对斑马鱼的生态毒性效应

采用斑马鱼作为模式动物,针对斑马鱼的代谢能力,进行3种磺胺类药物(磺胺甲恶唑,磺胺嘧啶,磺胺二甲嘧啶)的暴露实验。实验选取谷胱甘肽s-转移酶(GST)和丙二醛(MDA)含量作为评判斑马鱼代谢能力的指标。在实验过程中,随着暴露时间的改变,GST活性和MDA含量都呈现出不同的变化。在实验前3 d,GST酶活性在不同浓度下都呈现出显著增长。但是MDA的含量在第1天达到顶峰,随后都呈现出下降趋势。由结果可得,MDA含量指标对磺胺类药物的毒性更加敏感,其指示作用更优于GST活性指标。同时,实验结果中可以看出,在磺胺嘧啶作用下的GST酶活性和MDA含量都呈现更加明显的变化,因此实验推断磺胺嘧啶会对水环境具有更潜在的危害。     

磺胺类药物在太湖地区典型水稻土上的吸附特征

 采用批平衡实验对4 种常见磺胺类药物,即磺胺甲嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶和磺胺氯哒嗪,在太湖地区典型水稻土(中国土壤系统分类为水耕人为土)中的吸附特性进行了研究.结果表明,Freundlich 方程与Langmuir 方程适合于描述磺胺在水稻土中的吸附行为,且均能较好地拟合吸附数据.4 种磺胺类药物在水稻土上的Freundlich 吸附系数为2.3595~3.4861;其吸附自由能的变化为-11.1~-12.1kJ/mol,表明4 种磺胺药物在水稻土上吸附机理主要是物理吸附.     

大通湖表层水体中抗生素赋存特征与风险

为了评价大通湖表层水体中典型抗生素的赋存特征及生态风险等级,采用超高效液相色谱-串联质谱仪（UPLC-MS/MS）检测了4类12种（磺胺类,磺胺增效剂,喹诺酮类和四环素）抗生素的浓度水平.结果表明：除氧氟沙星外,其余11种抗生素均有检出,其总浓度为0.19~261.89ng/L;磺胺嘧啶的平均浓度最高（37.41ng/L）,其次为磺胺甲恶唑（12.34ng/L）>沙拉沙星（8.55ng/L）>恩诺沙星（8.04ng/L）>甲氧苄啶（7.56ng/L）>金霉素（3.92ng/L）,并且磺胺嘧啶、四环素、沙拉沙星、金霉素、磺胺甲恶唑和甲氧苄氨嘧啶的检出率均超出50%,处于较高水平.与部分河流、湖泊相比,大通湖抗生素的浓度除磺胺嘧啶和恩诺沙星外,基本处于较普通水平;在空间分布上表现为明显的差异性.环境和健康风险评价结果表明：磺胺甲恶唑、沙拉沙星和环丙沙星为大通湖主要的风险因子,RQ>1,对洞庭湖有较高的潜在风险;点位S2、S3、S6对大通湖周围环境具有较高的累积风险,主要的贡献因子分别为恩诺沙星和沙拉沙星、磺胺甲恶唑和环丙沙星;11种抗生素通过饮水途径对成人和儿童的健康风险指数R_QH处于8.74×10^-8~9.17×10^-3之间,且通过饮水途径摄入抗生素对儿童的健康风险高于成人.     

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。     

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.     

钦州湾水体中磺胺类抗生素污染特征与生态风险

利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS),研究了钦州湾近海及汇海河流磺胺类抗生素浓度和分布特征.结果表明:4种磺胺类抗生素(SAs)和甲氧苄氨嘧啶(TMP)在钦州湾近海及汇海河流均有不同程度的检出,其浓度范围为n.d.~12ng/L.其中,磺胺甲基异恶唑(SMX)在近海的检出率和平均浓度最高,分别为100%和4.1ng/L;其次为TMP(检出率87%,平均浓度1.0ng/L).与国内外其他水域相比,钦州湾磺胺类抗生素浓度处于较低水平.钦州湾近海抗生素浓度分布呈现以下趋势:茅尾海(8.4ng/L)>钦州外湾(1.9ng/L)>三娘湾(1.4ng/L).磺胺类抗生素在钦州湾的海水养殖区均呈现出较高的浓度水平,说明高密度水产养殖是钦州湾水体中抗生素的重要污染源.生态风险评价结果表明,钦州湾水体中残留的磺胺甲基异恶唑(SMX)对相应的敏感物种存在中等生态毒性风险,需引起相关部门的重视.     

改性凹凸棒土对磺胺甲噁唑的吸附研究

凹凸棒土是一种廉价并具有良好应用前景的材料。为进一步提高凹凸棒土对磺胺类抗生素的去除能力,该文采用十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)和预处理过的凹凸棒土(ATP)为原材料对其进行改性处理,制得改性凹凸棒土,标记为CTMAB/ATP。以磺胺甲噁唑为研究对象,研究了CTMAB/ATP对水中磺胺甲噁唑的吸附性能和效果,通过间歇吸附实验,考察了吸附时间、初始浓度、pH、温度和腐殖酸等共存时对吸附过程的影响。研究结果表明,CTMAB/ATP对水中磺胺甲噁唑的吸附过程能较好地符合拟二级动力学模型,拟合结果qe为0.174 8 mg/g,与实验测试结果0.175 mg/g基本吻合。Langmuir方程比Freundlich方程更能较好地描述其吸附行为,温度的升高对磺胺甲噁唑的吸附去除率有一定的不利影响;pH对磺胺甲噁唑的吸附去除基本没有影响,腐殖酸的存在使磺胺甲噁唑的吸附效果略有下降。以上结果为处理水中磺胺甲噁唑提供重要的参考数据。     

地下水典型药品和个人护理品检测与风险评估

文章利用固相萃取和高效液相色谱-串联质谱法分析了上海市地下水中16种典型药品和个人护理品（PPCPs）的污染特征并评估了其生态风险和健康风险。结果表明,研究区地下水中有7种磺胺类抗生素（甲氧苄啶、磺胺甲啊恶唑、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺甲氧哒嗪、磺胺噻唑）和3种雌激素（双酚A、4-叔-辛基酚、4-正-壬基酚）检出,其中磺胺类抗生素检出率5.3%～65.8%,浓度范围ND～93.6 ng/L;雌激素检出率63.2%～100%,浓度范围ND～186 ng/L。双酚A的检出率为100%,平均浓度最高,达到39.8ng/L。生态风险评估结果显示,10种检出的PPCPs均处于中低风险,表明研究区地下水PPCPs污染的风险较小,但仍需警惕。对地下水中双酚A的健康风险评估显示,双酚A的致癌风险和非致癌危害商均低于可接受风险水平,表明健康风险较低。     

磺胺甲噁唑淡水水生生物水质基准与生态风险评估

磺胺甲噁唑是一种被广泛使用的磺胺类抗生素.它在江河湖泊等地表水中广泛存在,且对生物具有一定毒性,被认为是淡水环境中重要的污染物之一.为得到磺胺甲噁唑的水生生物保护浓度,本研究基于搜集筛选的磺胺甲噁唑对中国淡水水生生物的17个物种的急性毒性数据,10个物种的慢性毒性数据,采用物种敏感度分布法推导了磺胺甲噁唑对中国淡水水生生物的水质基准,得出磺胺甲噁唑的短期水质基准值为34.87μg·L^-1,长期水质基准值为21.73μg·L^-1.此外,为探究磺胺甲噁唑在我国淡水环境中的风险水平,本研究结合推导出的磺胺甲噁唑水质基准以及急性毒性数据,分别使用熵值法和安全阈值法对我国部分流域进行生态风险评估.结果表明两种方法得出的结果并无较大差异,磺胺甲噁唑在我国淡水流域中几乎没有生态风险.     

新型磁性离子交换树脂对原水中痕量有机物的去除效能研究

磁性离子交换树脂(如MIEX等)能有效去除大部分溶解性有机物(DOC)及溴离子等,减少消毒副产物(DBPs)的生成,为生产安全优质的饮用水提供新途径。而m-PGMA是一种新型的自主研发的磁性离子交换树脂材料。阐述了m-PGMA的基本特性,并利用烧杯试验,研究了其对原水中痕量有机物的去除效能,并与MIEX进行了对比试验。以原水中卡马西平、磺胺嘧啶、阿特拉津为目标痕量有机物,通过高效液相色谱法等方法进行测定。结果表明:m-PGMA对于磺胺嘧啶有明显的去除效果,在反应时间为60 min,投加量为12 mL/L时,去除率达到83%;其对卡马西平及阿特拉津的去除效果则较为低下,在反应时间为60 min,投加量为12 mL/L时,卡马西平去除率一般只有24%,阿特拉津去除率则一般不超过15%。     

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.