饮用水源中不同粒径颗粒物吸附抗生素特征研究

天然水体中存在大量的细小颗粒,它们往往与污染物相互作用并成为其载体,在饮用水传统处理工艺中亦不能被很好去除,进而随水厂出水进入人体,对人体健康造成潜在威胁.抗生素在饮用水源中的固、液相分配规律以及不同粒径颗粒对抗生素的吸附能力及影响因素亟待研究.实验利用微波萃取(MAE)和高效液相色谱与质谱联用(HPLC-MS/MS)的方法分别对颗粒物上吸附的抗生素进行了前处理和测定,进而分析了饮用水源颗粒物对4种典型抗生素的吸附特征.连续吸附平衡实验在360 min达到平衡,平衡时抗生素有32%~44%分布在颗粒上;除青霉素外,粒径0.05~1μm小颗粒的吸附量又占颗粒总吸附量的56%~70%.同时p H是影响饮用水源中颗粒吸附抗生素的重要因素,无论对于所有颗粒还是0.05~1μm的小颗粒,其吸附能力的最大值均出现在中性条件(p H=7)下.     

天然水体中颗粒物吸附抗生素特征分析

为了研究抗生素在天然水体中的固、液相分配规律,分析了水体中颗粒物对7种典型抗生素的吸附特征,并通过环境扫描电镜测定了颗粒物的表面结构及元素组成.同时,采用高效液相色谱与质谱串联(HPLC-MS/MS)的检测方法对抗生素进行测定,以Simeton为内标物,得到抗生素的检出限为15~25 ng·L-1,定量下限为50~83 ng·L-1.连续吸附实验结果表明:初始的20 min颗粒物对抗生素的吸附比较快,达到过量吸附;吸附达到过饱和后会进行10 min的解吸反应;实验进行30 min后,吸附与解吸过程的变化会趋于稳定,2 h后达到吸附平衡.抗生素的平衡吸附量在1616~15568 ng·g-1之间,其吸附量及吸附曲线的变化与抗生素的pKa值密切相关.     

模拟水流环境中抗生素的行为特征与归宿

利用香港理工大学水动力学实验室的大型流动水槽(FLUME)模拟动态水流环境,研究了4种不同类型的抗生素(红霉素、罗红霉素、氧氟沙星和磺胺甲唑)在动态和静态水体与沉积物之间的交换与配分,初步探明了抗生素类药物在河流环境中的行为及归宿. 结果显示:在水流环境下,抗生素被迅速吸附到水体中悬浮的颗粒物和表层沉积物中,并可通过剪切力作用被吸附到次表层沉积物中. 而在静止水体中,仅有少量的抗生素被吸附到表层沉积物中. 氧氟沙星显示出强的吸附特性(DT50≥22 d),具有高的吸附系数(Kd),而磺胺甲唑的吸附能力较弱. 在FLUME系统中,氧氟沙星具有适中的持久性,其他3种药物显示出弱的持久性;而在静止系统中,4种药物均显示出适中的持久性. 抗生素在水流环境中的持久性要低于静止环境. 颗粒物的吸附与自身的代谢是抗生素在水流环境中的主要归宿.      

黄河沉积物对稀土元素的吸附特性研究

针对自然水体的实际情况,开展了黄河沉积物对La3+,Ce3+,Nd3+,Sm3+等4种离子的吸附竞争及其特性研究.结果表明,在较宽的初始浓度范围内(2～11mg·L-1),4种离子之间处于弱吸附竞争或无吸附竞争状态;当初始浓度较高,泥沙浓度较低时,4种离子之间的竞争吸附才得以体现,此时有Sm3+>Nd3+≥La3+>Ce3+的初步吸附竞争能力序列;黄河沉积物对4种离子的吸附受控于pH值,随pH的增加4种离子吸附量逐渐增大,但弱碱性或碱性更有利于吸附;当初始浓度较低(<11mg·L-1)时,主要环境因子对4种离子的吸附竞争影响均不明显;当初始浓度较高(>11mg·L-1)时,各环境因子对4种离子的吸附竞争均有显著影响,总体上,降低离子强度、去除有机质、减小颗粒物粒度,均使Sm3+,Nd3+,La3+等3种离子与Ce3+表现不同的吸附行为.     

黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征

研究了黄河入河沙漠颗粒物在天然水(河水和海水)中对磷酸盐的吸附行为,用改进的Langmuir和Freundlich等温吸附模型对实验数据进行了拟合.结果表明,①改进的Langmuir等温吸附模型更适用于描述黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附特征,其物理意义更明确,得到的拟合参数更合理;②颗粒物对磷的最大吸附容量Qmax变化范围为41.322～357.143mg.kg-1,其中居延海颗粒物Y2的Qmax最大.Qmax与颗粒物(Y1～Y5)的有机质有着极显著的正相关关系;③除巴丹吉林沙漠颗粒物Y1外,颗粒物的临界磷平衡浓度EPC0值均大于其相应水体的磷浓度.Y1在黄河水中吸附磷的EPC0小于相应水体的磷浓度0.0100.053 mg.L-1,而在渤海海水中却大于相应水体的磷浓度0.1090.074 mg.L-1,表明Y1吸附了黄河水中的磷,进入渤海后Y1原有吸附可交换态磷NAP转移到海水中.其它颗粒物与相应水体进行磷交换的过程中存在着解吸磷的现象,具有向相应水体释放磷的能力;④黄河入河沙漠颗粒物对磷酸盐的吸附等温线是过溶液浓度轴0.00的交叉型等温线,这种新型交叉型吸附-解吸模型较好地解释了其吸附特征和天然粒子的双重性作用.     

黄河兰州段悬浮颗粒物对菲的吸附行为研究

用黄河兰州段水体天然颗粒、人工贫有机质颗粒、伊利石、高岭土、针铁矿作为模拟悬浮颗粒物,采用批量平衡法研究了菲在不同成分颗粒物上的吸附行为,探讨了黄河中上游水体悬浮颗粒物的各种成分对疏水性有机污染物吸附的能力与机理。研究认为,菲在天然颗粒物及粘土矿物颗粒表面的吸附等温线为“S”形,能较好地符合Freundlich方程。粒径相同的不同类型颗粒物对菲的吸附能力大小依次为:粘土矿物>人工贫有机质颗粒>针铁矿>天然颗粒物。对于低有机质含量的兰州黄河颗粒物而言,NOM对菲吸附的贡献较低;溶剂化作用可被用来解释菲在天然颗粒及粘土颗粒表面的吸附行为。     

水体模拟颗粒物对四环素的吸附特性及基本规律

为了更深入了解水环境中颗粒物对抗生素的吸附规律,选用典型抗生素——四环素（TC）和悬浮态的高岭土模拟天然水体中颗粒物对四环素的吸附过程,探究颗粒物对TC的吸附规律及不同颗粒物投加量、pH、温度和阳离子对颗粒物吸附TC的影响.结果表明颗粒物对TC在混合4 h之前快速吸附,之后单位吸附量随时间较小波动,在12 h后基本达到吸附平衡.在溶液中颗粒物对TC的单位吸附量随着颗粒物投加量的增大而减小;颗粒物对TC抗生素的吸附更符合Langmuir等温吸附规律;颗粒物对TC的吸附在pH=4.5附近达到最大值,强酸（pH<4）或强碱（pH>9）环境均抑制颗粒物对TC的吸附;低价态的阳离子如Na⁺、Ca²⁺（浓度在0.0001~0.1 mol·L^-1范围）等对颗粒物吸附TC均产生抑制作用,且随着离子浓度的增加,抑制作用增强,但三价阳离子的作用却非常特别,如低浓度的Al³⁺（0.0001 mol·L^-1）会促进吸附作用,随着Al³⁺浓度增加,促进作用减弱,直到Al³⁺达到较高浓度（0.01 mol·L^-1）,又会抑制颗粒物对TC的吸附.综合本实验获得的颗粒物吸附TC的基本特征和规律,可以初步推断：在实际水环境中由于颗粒物对TC的快速吸附和低浓度Al³⁺的促进作用,TC在水环境和饮用水处理工艺中更易随颗粒物的运动发生同步迁移,颗粒物的归宿主要决定了TC的归宿,如进入天然水体沉积物中或饮用水处理工艺的污泥中,这也进一步揭示了天然水体中沉积物往往易被检出较高含量TC的根本原因.     

水体污染及其防治

X52200601388无机矿质颗粒悬浮物对富营养化水体氨氮的吸附特性/史红星(中科院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2005,26(5).-72～76环图X-5利用蒙脱土、高岭土和太湖沉积物矿质组分3种材料,模拟研究了水体悬浮矿质颗粒物对富营养化水体中氨氮的吸附特性。实验表明,30min内3种材料对氨氮的吸附基本可达到平衡;等温平衡吸附均符合Henry吸附模式,在无机矿质颗粒悬浮物浓度1000mg/L,初始氨氮浓度1.0mg/L,pH=7.00实验条件下,吸附分配系数分别依次为548.30,287.36,191.27L/kg。相同实验条件下,…     

无机矿质颗粒悬浮物对富营养化水体氨氮的吸附特性

利用蒙脱土、高岭土和太湖沉积物矿质组分3种材料,模拟研究了水体悬浮矿质颗粒物对富营养化水体中氨氮的吸附特性.实验表明,30min内3种材料对氨氮的吸附基本可达到平衡;等温平衡吸附均符合Henry吸附模式,在无机矿质颗粒悬浮物浓度1000mg/L,初始氨氮浓度1.0mg/L,pH=7.00实验条件下,吸附分配系数分别依次为548.30,287.36,191.27L/kg.相同实验条件下,随着pH、盐度和温度的增大或升高,矿质颗粒对氨氮的平衡吸附量均有不同程度的减小趋势,pH的影响较显著.随着悬浮颗粒物浓度在1000mg/L以下范围增大,固相氨氮平衡吸附量显著减小.     

扰动对悬浮颗粒物粒径及上覆水中磷形态分布的影响

为了探讨底泥扰动下上覆水中悬浮物粒径分布规律及该分布规律对水体中溶解性形态磷的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物作为实验对象,开展室内模拟实验.结合乌氏粒级标准分析了扰动下的水体中粒径变化情况以及上覆水中不同磷形态的变化规律.结果表明,扰动后的水体中,悬浮物粒径分布发生明显变化,其中小粒径颗粒(0~10μm)、中粒径颗粒(10~20μm)、大粒径颗粒(≥20μm)的平均占比分别升高、降低、不变.说明中小粒径颗粒物质有向大粒径转化的趋势.另外,在磷形态方面,随着粒径分布的周期性变化,DTP/TP、DIP/TP存在同样的周期性上升规律,数据显示DTP、DIP的变化并不明显,这说明扰动导致悬浮颗粒物对于磷的持留能力提高.另一方面,扰动下DTP/TP和DIP/TP平均值分别为19%和13%,其远低于对照实验(80%和69%),说明扰动引起的小粒径聚集与絮凝成大粒径颗粒的现象有利于上覆水中溶解性形态磷的吸附与沉降,并转化成颗粒态磷,进而延缓水体富营养化的发展进程.     

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.     

Drinking water treatment using a submerged internal-circulation membrane coagulation reactor coupled with permanganate oxidation

A submerged internal circulating membrane coagulation reactor(MCR) was used to treat surface water to produce drinking water. Polyaluminum chloride(PACl) was used as coagulant,and a hydrophilic polyvinylidene fluoride(PVDF) submerged hollow fiber microfiltration membrane was employed. The influences of trans-membrane pressure(TMP), zeta potential(ZP) of the suspended particles in raw water, and KMnO_4 dosing on water flux and the removal of turbidity and organic matter were systematically investigated. Continuous bench-scale experiments showed that the permeate quality of the MCR satisfied the requirement for a centralized water supply, according to the Standards for Drinking Water Quality of China(GB 5749-2006), as evaluated by turbidity(1 NTU) and total organic carbon(TOC)(5 mg/L)measurements. Besides water flux, the removal of turbidity, TOC and dissolved organic carbon(DOC) in the raw water also increased with increasing TMP in the range of 0.01–0.05 MPa. High ZP induced by PACl, such as 5–9 mV, led to an increase in the number of fine and total particles in the MCR, and consequently caused serious membrane fouling and high permeate turbidity.However, the removal of TOC and DOC increased with increasing ZP. A slightly positive ZP, such as 1–2 mV, corresponding to charge neutralization coagulation, was favorable for membrane fouling control. Moreover, dosing with KMnO_4 could further improve the removal of turbidity and DOC, thereby mitigating membrane fouling. The results are helpful for the application of the MCR in producing drinking water and also beneficial to the research and application of other coagulation and membrane separation hybrid processes.     

华东地区某水源水中13种磺胺类抗生素的分布特征及人体健康风险评价

饮用水源水中残留微量抗生素对人体健康的潜在威胁日益引起广泛关注.采用固相萃取、高效液相串联质谱方法分析了13种磺胺类抗生素在华东地区某水源水中的分布特征.结果表明,13种磺胺类抗生素在水源水中均有不同程度检出,总浓度为10.5~238.5 ng·L~(-1).其中磺胺甲唑(SMX)和磺胺(SAM)的检出频率为100%,检出浓度分别高达107.0 ng·L~(-1)和43.1 ng·L~(-1).水源地入水口磺胺类抗生素污染水平高于出水口,SMX在水源地不同位置浓度变化不明显.磺胺类抗生素呈现季节变化特征,冬季和春季浓度为110.8~117.9 ng·L~(-1),是夏、秋季浓度的3.6~3.8倍.基于风险熵的方法评价水源水中残留的磺胺类抗生素对不同年龄段人群的健康风险,结果显示磺胺类抗生素风险值均远小于1,甲氧苄啶(TMP)对0~3个月的婴儿健康风险最大(0.001).该水源水中磺胺类抗生素对人体健康尚不构成直接威胁,但长期和综合风险值得关注.     

广西会仙岩溶湿地典型抗生素污染特征及生态风险评估

为确定会仙岩溶湿地不同介质中抗生素的污染特征及来源,利用液相色谱串联质谱联用仪分析了磺胺类(SAs)、氟喹诺酮类(FQs)和四环素类(TCs)三大类20种抗生素的含量.结果表明,研究区内水土介质监测的抗生素中共检出12种,检出浓度范围为n.d～106 ng·L~(-1),其中,甲氧苄氨嘧啶(TMP)的浓度最高.各环境介质中,以养殖用水和地表河水中检出的抗生素种类相对较多,分别为10种和8种,溶潭水和土壤中则检出的抗生素种类较少.因子分析结果显示,会仙湿地水体中的典型抗生素来源可归为两类,一类以受外源污染为主,从而导致地表河水中磺胺氯达嗪(SCP)、磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺甲恶唑(SMZ)、诺氟沙星(NOR)、氧氟沙星(OFL)检出浓度较高,一类受湿地内养殖污染,从而造成水土介质中磺胺二甲基嘧啶(SMD)、甲氧苄氨嘧啶(TMP)和金霉素(CTC)检出.水体中检出的抗生素主要受溶解氧(DO)影响,此外,甲氧苄氨嘧啶(TMP)、恩诺沙星(ENR)和强力霉素(DOX)与NH~+_4存在一定的协同污染关系.风险评估结果表明,恩诺沙星(ENR)处于高风险的范围内,磺胺甲恶唑(SMZ)、诺氟沙星(NOR)和氧氟沙星(OFL)处于中等风险,中等风险的抗生素主要集中在地表河水中,高风险抗生素则在养殖用水中.整体来看,研究区水体中抗生素存在一定的风险.因此,针对这一现象应减少存在生态风险抗生素的使用,并对有潜在风险的抗生素加以防范.     

江苏省代表性水源地抗生素及抗性基因赋存现状

抗生素和抗生素抗性基因（antibiotic resistance genes,ARGs）是环境中重要的新兴污染物,为探明江苏省代表性水源地多种环境介质中抗生素和ARGs的污染水平及影响因素,于2018年12月和2019年6月采集苏北、苏中和苏南的5处代表性集中式饮用水水源地取水口处水体、表层沉积物和石相附着生物膜样品,对3种介质中10种代表性抗生素浓度、1类整合子酶基因intl1和7种代表性ARGs的绝对丰度进行检测分析.结果表明,5处水源地中目标抗生素和ARGs处于较低赋存水平.磺胺类抗生素在水体、表层沉积物和附着生物膜中的赋存量分别为NF（未检出）~37.4 ng·L^-1,NF~47.3 ng·g^-1和NF~3759.1 ng·g^-1.喹诺酮类抗生素在3种介质中的浓度和含量分别为NF~5.3 ng·L^-1、0.4~32.5 ng·g^-1和NF~4220.9 ng·g^-1.目的ARGs中,sul1、sul2、tetW和tetQ的检出率为100%,其中磺胺类抗生素ARGs,即sul1和sul2基因丰度最高.表层沉积物和附着生物膜中的ARGs丰度相当,高于水体中ARGs的丰度.网络分析结果表明,所属拟杆菌门、变形菌门、厚壁菌门、疣微菌门和放线菌门的细菌最有可能成为代表性水源地中ARGs的潜在宿主,在ARGs的扩散和转移过程中起重要作用.研究结果对于江苏省集中式饮用水源地水环境质量状况评估和水质安全保障具有一定的科学指导意义.     

粪肥施用对抗生素在土壤上吸附的影响

磺胺类抗生素和氟苯尼考(FFC)是浙江省普遍使用的抗生素，在土壤上吸附弱而易于迁移，存在较高的环境风险.近年来，粪源抗生素对农田土壤潜在风险的研究多是在实验室条件下添加粪肥的方式进行，无法评估自然施肥状态下抗生素的污染风险.因此以浙江省长期施用不同肥料(鸡粪、猪粪和化肥)的5种旱地农田土壤[临安(LA)、嘉善(JS)、龙游(LY)、开化(KH)和金华(JH)]为对象，选用4种常用的抗生素[磺胺嘧啶(SD)、磺胺二甲基嘧啶(SMT)、磺胺甲基异噁唑(SMZ)和FFC],进行批量平衡实验，探究土壤不同类型和粪肥类型对抗生素在土壤中吸附的影响.结果表明，4种抗生素在实验土壤中的吸附都较弱，吸附次序为：SMT(1.44～13.23 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·kg^-1)>SMZ(0.73～6.05 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·kg^-1)>SD(0.16～5.57 mg⁽1-(1/n))·L^1/n·...     

净水工艺对饮用水中微生物多重耐药性的影响与分析

由于抗生素过量使用已导致我国部分水源受到多种抗生素和耐药基因的污染,抗生素及其耐药基因可能通过饮用水对人体健康造成严重威胁.对上海某水厂供水系统可培养微生物进行了分离鉴定;使用5种抗生素:氨苄青霉素(Amp)、卡那霉素(Kan)、利福平(Rif)、氯霉素(Cm)以及链霉素(Str)对饮用水中可培养微生物多重耐药性及其在供水系统中的变化规律和耐药机制进行了分析.结果表明:所分离可培养微生物主要属于16个属,其中芽孢杆菌属(Bacillus sp.)、噬纤维菌属(Arcicella rosea sp.)、鞘酯菌属(Sphingomonas sp.)在所有工艺单元中都可分离获得;经过生物活性炭滤池和管网输配后3种菌的多重耐药能力均有增强,其中芽孢杆菌属(Bacillus sp.)耐药能力最强.采用实时荧光定量PCR对供水系统中3种整合子及9种转座子进行定量检测,发现经过生物活性炭滤池和管网输配后,可移动基因元件绝对数量增加明显,生物活性炭滤池和输配管网对饮用水中微生物耐药能力具有重要影响.     

4种典型抗生素在反硝化体系中的去除特性

污水处理厂是抗生素的重要汇集场所,反硝化是污水处理厂生物脱氮的关键环节.为了探究抗生素在反硝化污泥体系的去除特性,选取诺氟沙星(NOR)、土霉素(OTC)、磺胺甲■唑(SMX)和甲氧苄啶(TMP),对比研究了其在不同碳源条件下的变化规律,评估了吸附和生物降解等途径对抗生素去除的贡献.结果表明,反硝化脱氮体系对NOR、 OTC和TMP具有一定的去除作用,且NOR和OTC可被用作碳源进行反硝化.反硝化污泥对NOR和OTC的去除是快速吸附和缓慢生物降解的过程,其中,吸附对NOR和OTC总去除量的贡献率分别达到83.5%和58.9%,生物降解的贡献率分别为16.5%和41.1%.在吸附过程中,胞外聚合物(EPS)吸附的贡献率达到40%以上,而在OTC的生物降解过程中,P450酶发挥重要作用,其贡献率达到20%.     

复合磁性纳米凝胶球对典型抗生素的吸附特性

以复合磁性纳米凝胶球(Fe₃O₄@PVA-SA-PAC)为吸附剂,探究其对水中磺胺甲噁唑(SMX)、环丙沙星(CIP)、甲氧苄啶(TMP)抗生素类污染物去除效果,并分析pH、投加量、污染物初始浓度、吸附时间等因素对吸附过程的影响。结果表明:pH=3时最有利于抗生素吸附;吸附量随着初始浓度增大而上升,随着投加量增加而下降;3种抗生素吸附表现为物理吸附和化学吸附共存、均质单分子层吸附与非均质多分子层吸附共同作用的状态。其中SMX与CIP吸附更符合准二级动力学模型,而TMP更符合准一级动力学模型;温度为308 K时,Langmuir与Freundlich方程均达到较高拟合度(0.938≤R2≤0.998),此时SMX、TMP和CIP的最大吸附量分别为47.188,59.649,96.468 mg/g;竞争性吸附试验表明复合凝胶球可同时吸附多种目标抗生素污染物,具备良好吸附应用前景。