环境中四环素类抗生素污染处理技术研究进展

四环素类抗生素是一种价格低廉的广谱抗生素,被广泛应用于临床医疗、畜牧业、水产业等领域,四环素类抗生素的超量使用以及处理不当导致其被排放到水、土壤等环境中并在环境中残留、扩散,对生态和人类健康造成潜在威胁,因此其在环境中的去除尤为重要.介绍了环境中四环素类抗生素的来源及其在环境中的行为,概述了这类抗生素在环境介质中污染处...     

四环素类抗生素污染现状及其环境行为研究进展

四环素类抗生素以其价格低廉、广谱抗菌等特点而被广泛使用,由于难以在环境中降解,其引起的污染问题引起了广泛关注。介绍了四环素类抗生素的来源、污染现状及危害,重点阐述其在环境中残留、迁移转化等环境行为以及预处理和分析检测技术,并对今后的研究方向提出展望。     

四环素类抗生素生产废水处理技术进展

四环素类抗生素是临床上广泛运用的广谱抗生素。其生产废水属于高浓度有机废水，pH值较低，成分复杂，有机物、溶解性和胶体性固体、悬浮物含量较高，含有难降解物质和有抑制菌作用的四环素类抗生素及其中间代谢产物。可生化性较差，井具有一定的生物毒性。综述了近年来四环素类抗生素生产废水治理方法的研究进展，介绍了国内外此类废水治理的各种物化处理和生物处理方法及其应用，并提出以后亟待解决的问题。     

四环素类抗生素生产废水处理技术进展

四环素类抗生素是临床上广泛运用的广谱抗生素.其生产度水属于高浓度有机废水,pH值较低,成分复杂,有机物、溶解性和胶体性固体、悬浮物含量较高,含有难降解物质和有抑制菌作用的四环素类抗生素及其中间代谢产物,可生化性较差,并具有一定的生物毒性.综述了近年来四环素类抗生素生产废水治理方法的研究进展,介绍了国内外此类废水治理的各种物化处理和生物处理方法及其应用,并提出以后亟待解决的问题.     

高温堆肥对猪粪中四环素类抗生素及抗性基因的影响

为了研究高温堆肥对猪粪中抗生素及抗生素抗性基因的影响,对不同堆肥处理中的四环素类抗生素(四环素、土霉素、金霉素)及其抗性基因(tetA、tetC、tetG、tetM、tetQ、tetW)的动态变化进行了定量研究.结果表明:低剂量组(10 mg·kg~(-1))中四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为91%、94%、92%,高剂量组(50 mg·kg-1)中四环素、土霉素、金霉素的去除率分别为60%、62%、71%.在堆肥过程中,抗生素处理组目标基因相对丰度高于对照组,而低剂量组目标基因相对丰度(tetW除外)又普遍高于高剂量组.经堆肥处理后,tetA的相对丰度增加,tetC、tetG、tetM、tetQ、tetW的相对丰度均下降.高温堆肥可以有效去除猪粪中一定浓度的四环素类抗生素,并对四环素类抗性基因也有一定的削减作用.     

四环素类抗生素对淡水绿藻的毒性作用

四环素类抗生素是目前世界上应用最为广泛的抗生素之一,也是我国畜禽养殖业中使用量最大的兽药和饲料添加剂.由于该类物质不易被生物体吸收且当前的污水处理设施对抗生素不能彻底去除,故大量抗生素及其代谢产物最终进入地表水环境,其对水生态系统和人体健康的潜在威胁值得关注.本研究以水生态系统初级生产者淡水绿藻为受试生物,系统考察四环素、金霉素和强力霉素对蛋白核小球藻、斜生栅藻细胞膜通透性和生长抑制作用的影响.结果表明,抗生素暴露96 h后,强力霉素在整个作用浓度范围内使供试淡水绿藻细胞膜通透性降低;而金霉素和四环素低浓度暴露可以增大藻细胞膜通透性,此后随着作用浓度的增大转为降低.3种抗生素对淡水绿藻生长抑制率大致呈现强力霉素>四环素>金霉素的顺序趋势.斜生栅藻对四环素类抗生素的毒性响应较蛋白核小球藻更为敏感.     

河道水旁路处理中试工艺中PPCPs的去除效果及机制

城市河道水中含有微量药物及个人护理品（pharmaceuticals and personal care products,PPCPs）,具有一定生态风险.本文系统考察了两种河道水旁路处理工艺（混凝沉淀-曝气生物滤池-超滤-臭氧和混凝沉淀-膜生物反应器-臭氧）对30种高检出PPCPs的去除效果,并通过沿程去除率调查和风险商模型分别评价了目标PPCPs的降解机制及整体生态风险的降低情况.结果表明,两种旁路处理工艺对各目标PPCPs均有较好去除效果;其中四环素类抗生素及咖啡因在生物段去除率超过90%,而磺胺类及氟喹诺酮类抗生素及其他药物仅在进水化学需氧量较高和较高水温条件下具有较好去除效果,但臭氧深度处理可对其进行有效削减;经全流程处理后各PPCPs累积去除率均可达92.5%以上.旁路处理可有效降低目标PPCPs生态风险,经处理后风险商值由原水的12.6降至总出水的0.2（风险阈值RQ_tot=1）,去除率达98.4%.     

人类活动影响下的高原湿地四环素类抗生素抗性基因赋存与微生物群落共现性

抗生素的广泛使用导致抗生素大量进入环境中,进而使微生物产生耐药性.近年来,随着高原区域人类活动的加剧,高原湿地中抗生素耐药基因(ARGs)的赋存和迁移研究备受关注.以地处云贵高原的鹤庆草海国家湿地公园为研究区,分析河流上游(泉眼附近原始生境)和河流下游(居民生活污水排放口)沉积物中的四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类共4类抗生素的含量分布,其中四环素类抗生素检出含量为103.65～2 185μg·kg^-1,是含量最高的抗生素种类.为进一步探究四环素类抗性基因的赋存特征和影响因素,通过相关性分析和网络分析揭示了人类活动影响下环境因子、细菌群落结构和病原菌对四环素类ARGs的影响.结果发现,上、下游沉积物中共检出15种四环素类抗性基因,其中,上游检出tetPA、tetD和tetPB等7种抗性基因,下游检出tetPA、tetE、tetM和tetX等13种抗性基因,下游新增的8种抗性基因占下游基因丰度的43.44%;四环素类抗生素含量及有效磷、总有机碳、硝态氮和总磷等理化指标是影响四环素类ARGs分布的主要环境因子;上、下游沉积物中检出细菌分属于64个细菌门,其中变形...     

3种四环素类抗生素在石油污染土壤上的吸附解吸

以OECD Guideline 106为基础,采用批量平衡方法研究了3种四环素类抗生素在不同石油污染程度土壤上的吸附和解吸作用,并探讨了土壤中此类抗生素与石油污染物形成的复合污染环境行为.结果表明,3种四环素类抗生素在高石油污染和低石油污染土壤上的吸附和解吸均不同程度地偏离线性模型,其中Freundlich模型对吸附和解吸数据具有良好的非线性拟合性(P四环素>金霉素,差异达到极显著水平(P<0.01).对于同一种四环素类抗生素,石油污染土壤的不同程度并未对抗生素的吸附容量、吸附强度、吸附等温线形状、吸附机理以及解吸滞后性产生显著影响.因此四环素类抗生素进入石油污染土壤将加重土壤污染的程度和复杂性.     

土壤中四环素类抗生素降解及对小白菜根系生长发育的影响

采用土培试验,分析了小白菜(Brassica campestris L.)的发芽率、生物量和根长指标对3种抗生素胁迫的敏感性,比较了不同土壤中四环素类抗生素污染对小白菜根长生长的影响,并研究了四环素类抗生素在不同土壤中的降解特性.结果表明,小白菜对3种抗生素的敏感性为根长发芽率生物量.抗生素处理土壤30 d时,4种土壤中小白菜根长对3种抗生素胁迫的敏感性均为砖红壤红壤青紫泥黑土;同种抗生素在4种土壤中的降解率为黑土青紫泥红壤砖红壤,同种土壤中3种抗生素的降解率为土霉素金霉素四环素.相关性分析发现,土壤中四环素类抗生素的含量与土壤有机质、氮磷钾含量和阳离子交换量呈显著负相关.     

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.     

污水生物处理中抗生素的去除机制及影响因素

环境中的抗生素污染日益严重,其诱导产生的抗生素抗性成为人类健康的重大威胁.通过对世界多地污水处理厂进、出水中抗生素浓度水平的文献调研汇总,发现当前的污水处理工艺不能实现抗生素的有效去除.吸附和生物降解是污水中抗生素的主要去除途径,因此本文深入地分析了吸附的作用机制和不同种类抗生素吸附程度的差异;从生物降解性能、降解菌和降解产物等方面分析抗生素在污水生物处理过程中的生物降解作用;分析讨论了水力停留时间、污泥停留时间、温度和工艺选型(传统活性污泥法、膜生物反应器和生物脱氮工艺)等污水生物处理工艺的运行条件对吸附和生物降解途径的影响,进而解析对抗生素去除效果的影响.菌群组成、生长基质供应情况和微污染物共存情况等因素对污水生物处理中抗生素迁移转化的影响需要更深入地研究.     

间歇曝气式膜生物反应器对养猪沼液中兽用抗生素的去除特性

研究了间歇式膜生物反应器在不同进水碳氮比和有机负荷下对养猪沼液中11种兽用抗生素的去除特性,以及污泥中抗生素的含量变化.结果表明,水力停留时间(HRT)≥5 d、化学需氧量(COD)/总氮(TN)=2.1时,该膜生物反应器对抗生素和COD的去除率均较高,分别达到(79.1±0.7)%和(88.4±1.4)%;当HRT缩短至3 d时,虽然COD去除率不受影响,但抗生素的去除率明显下降;COD/TN从2.1降至0.7后,抗生素去除效率不受影响,但COD去除率明显降低.长污泥龄(SRT)下污泥中出现四环素类和喹诺酮类抗生素的持续积累,积累量随污泥龄的缩短而降低.污泥中的抗生素含量与组成受进水影响较大.     

Removal of tetracycline from water by Fe-Mn binary oxide

Significant concerns have been raised over the presence of antibiotics including tetracyclines in aquatic environments. A series of Fe-Mn binary oxide with different Fe:Mn molar ratios was synthesized by a simultaneous oxidation and coprecipitation process for TC removal. Results showed that Fe-Mn binary oxide had higher removal efficiency than that of hydrous iron oxide and hydrous manganese oxide, and that the oxide with a Fe:Mn molar ratio of 5:1 was the best in removal than other molar ratios. The tetracycline removal was highly pH dependent. The removal of tetracycline decreased with the increase of initial concentration, but the absolute removal quantity was more at high concentration. The presence of cations and anions such as Ca²⁺, Mg²⁺, CO₃^2- and SO₄^2- had no significant effect on the tetracycline removal in our experimental conditions, while SiO₃^2- and PO₄^3- had hindered the adsorption of tetracycline. The mechanism investigation found that tetracycline removal was mainly achieved by the replacement of surface hydroxyl groups by the tetracycline species and formation of surface complexes at the water/oxide interface. This primary study suggests that Fe-Mn binary oxide with a proper Fe:Mn molar ratio will be a very promising material for the removal of tetracycline from aqueous solutions.     

四环素类抗生素对不同蔬菜生长的影响及其富集转运特征

本研究探讨了四环素类抗生素(TCs)对两种蔬菜生长的影响及其在蔬菜体内的富集和转运特征,以期为四环素类抗生素的植物毒性和对人体健康的风险评价提供理论基础.采用土培试验研究了不同水平(0、50和150 mg·kg-1)的四环素类抗生素(四环素TC、土霉素OTC、金霉素CTC)对生菜和小白菜生长、抗生素含量及其富集转运特征的影响.结果表明,TCs总体上抑制了生菜的生长,地上部和地下部鲜重分别较CK降低了1.56%~26.84%和17.36%~51.04%,小白菜地上部和地下部鲜重反而较对照提高了3.7%~7.3%和3.1%~82.2%.TCs在一定程度上增加了生菜和小白菜的气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr),抑制了生菜的净光合速率(Pn),Pn在TCs为150 mg·kg-1时较CK降低了32.43%~82.43%.TCs还抑制了生菜和小白菜的SOD活性,较CK降低了29.17%~223.12%,以OTC的抑制作用最强.生菜和小白菜的MDA含量在TCs为150mg·kg-1时达到最大值(生菜地上部除外).小白菜地上部和地下部TCs的含量均高于生菜,以CTC处理的小白菜和生菜TCs含量较高.种植生菜的土壤TCs残留量高于小白菜土壤,以OTC处理的土壤TCs残留量最高.小白菜对TCs的富集系数和转运系数分别是生菜的1.07~7.35倍和1.15~2.25倍.3种四环素类抗生素中以OTC和CTC的生态风险较大.     

污泥臭氧原位减量工艺中四环素及大环内酯类抗生素的去除

建立了一套中试规模的污泥臭氧原位减量(SOR)系统,通过长期(111 d)运行考察了其对四环素、土霉素、强力霉素和阿奇霉素的去除效果.结果表明,SOR工艺可以实现剩余污泥零排放,化学需氧量和氮的去除性能与常规厌氧/缺氧/好氧(A/A/O)工艺接近,但除磷性能有所下降.SOR工艺出水中目标抗生素浓度与常规A/A/O工艺无明显差别,而污泥中目标抗生素含量明显低于常规A/A/O工艺.质量衡算表明,目标抗生素在A/A/O及SOR工艺中的输入输出均渐趋平衡;SOR工艺进水中91.2%～98.1%的目标抗生素被臭氧降解,而常规A/A/O工艺进水中82.3%～91.2%的目标抗生素随剩余污泥排放.因此,SOR工艺可以同步削减污水处理厂中剩余污泥及抗生素向环境中的排放.     

城市河流异养菌耐药状况及微生物群落结构特征

为深入了解城市河流中细菌的耐药状况和微生物群落结构特征,在西安市浐河和灞河河段8个采样点以及某污水处理厂二级出水排放口采集水样,利用细菌培养技术、PCR检测和DGGE(变性梯度凝胶电泳)分析技术,对河流中异养菌耐药率、四环素抗性基因以及微生物群落结构进行研究. 结果表明:浐河和灞河水样中异养菌对SMZ(磺胺甲恶唑)、TET(四环素)、CIP(环丙沙星)和CTX(头孢噻肟)的平均耐药率分别为18.3%、6.2%、2.7%和1.3%,耐药率高低顺序与污水厂排放水中的异养菌相同. 城市河流中异养菌浓度与其耐药率并不存在显著的相关性. 与上游河段相比,污水厂排放口下游河段的异养菌浓度没有明显增加,但对多种抗生素的耐药率却有所升高. 浐河和灞河中四环素抗性基因主要是tetA和tetB,检出率分别为100%和75%,这意味着城市河流中异养菌对TET的耐药性可能主要通过编码外输泵蛋白的抗性机制来实现. 污水厂排放水进入城市河流,并未显著影响河流中的微生物群落结构,但却使某些原有的敏感物种消失,而病原菌或条件致病菌在邻近污水厂排放口的下游河段则有所增加.      

铁锰复合氧化物滤料去除地下水中四环素的效能

以化学挂膜成熟运行5a的铁锰复合氧化物滤料为研究对象,利用静态与连续流柱实验相结合的方式,探究了该滤料去除四环素的效果与机理.结果表明,去除过程符合准二级反应动力学模型;且滤料质量越大,初始浓度越高,对四环素去除的效果越好;当水中共存阳离子浓度为0.01mol/L时,Mg²⁺抑制四环素的去除,而Ca²⁺、K⁺对四环素的去除过程无显著影响.连续流柱实验与发光细菌毒性检测分析,表明,铁锰氧化物滤料对四环素去除效果显著高于石英砂,且铁锰复合氧化物滤料去除四环素后急性毒性降低.此外,机理探究实验结果证实了铁锰复合氧化物滤料去除四环素是吸附与氧化的过程.     

Removal of tetracycline from aqueous solution by a Fe3O4 incorporated PAN electrospun nanofiber mat

Pollution of antibiotics, a type of emerging contaminant, has become an issue of concern,due to their overuse in human and veterinary application, persistence in environment and great potential risk to human and animal health even at trace level. In this work, a novel adsorbent, Fe3O4 incorporated polyacrylonitrile nanofiber mat(Fe-NFM), was successfully fabricated via electrospinning and solvothermal method, targeting to remove tetracycline(TC), a typical class of antibiotics, from aqueous solution. Field emission scanning electron microscopy and X-ray diffraction spectroscopy were used to characterize the surface morphology and crystal structure of the Fe-NFM, and demonstrated that Fe-NFM was composed of continuous, randomly distributed uniform nanofibers with surface coating of Fe3O4 nanoparticles. A series of adsorption experiments were carried out to evaluate the removal efficiency of TC by the Fe-NFM. The pseudo-second-order kinetics model fitted better with the experimental data. The highest adsorption capacity was observed at initial solution p H 4 while relative high adsorption performance was obtained from initial solution p H 4 to 10. The adsorption of TC on Fe-NFM was a combination effect of both electrostatic interaction and complexation between TC and Fe-NFM. Freundlich isotherm model could better describe the adsorption isotherm. The maximum adsorption capacity calculated from Langmuir isotherm model was 315.31 mg/g. Compared to conventional nanoparticle adsorbents which have difficulties in downstream separation, the novel nanofiber mat can be simply installed as a modular compartment and easily separated from the aqueous medium, promising its huge potential in drinking and wastewater treatment for micro-pollutant removal.