生活饮用水中磺胺类抗生素污染水平及其控制的研究进展

陈哲 吴立明 苏怡

摘要：本文针对生活饮用水中磺胺类抗生素来源、国内外的研究现状、主要去除工艺等方面进行综述。提出磺胺类抗生素作为一种新型环境污染物，来源多样，在生活饮用水中广泛存在，现有的水厂处理工艺对其有一定处理效果，深度处理工艺去除效果优于常规处理工艺。建议针对这类污染物的环境积蓄效应和经过水厂工艺处理后的转归趋势进行深入研究，进一步加强生活饮用水卫生保障。

关键词：生活饮用水；磺胺类抗生素；污染；处理工艺

中图分类号：R1；X131.2 文献标志码：A

当前各类抗生素名目繁多，在临床中普遍使用的抗生素就达数百种，主要包括以下几类：磺胺类、大环内酯类、β-内酰胺类、四环素类等。抗生素类药品在使用后会通过原型或代谢物的形式排泄出来，借助污水排放和农业浇灌等途径注入环境中去，并且能长期存在于环境之中[1]。我国许多江河湖海的地表水都曾检测出过抗生素，如华南的珠江、华中的长江以及华北的黄河等[2]。抗生素在水中大量长期存在，可能会衍生抗生素抗性细菌（ARB）和基因（ARGs）[3]，对水体中生态系统平衡构成威胁，扰乱水中生物链，若存在抗生素的生活饮用水长期被人类所饮用，可能会对人群健康产生危害风险。

1 生活饮用水中磺胺类抗生素的主要来源

磺胺类抗生素是氨基苯磺酰胺的衍生物，属于广谱抗生素，主要应用于治疗细菌型感染。磺胺类抗生素按作用部位可分为全身感染、肠道及外用三种。按其作用时间又可分为短效、中效和长效三种。其中被使用最为广泛的磺胺类抗生素主要有磺胺嘧啶钠、磺胺二甲氧嘧啶、磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑等。人类自发现磺胺类抗生素并将其用于疾病治疗以来，磺胺类抗生素就被大量应用于人类和动物的疾病救治中，在畜牧养殖业中的应用尤其广泛，甚至导致磺胺类抗生素在人类生活环境中泛滥成灾。生活饮用水主要通过市政自来水厂对原水的过滤加工产生，自然界水环境的污染会影响到水源地的原水水质，从而对生活饮用水产生影响。

1.1 环境本底

自然环境中的抗生素本底值的测评非常重要，据此可以知晓自然环境中各类抗生素的风险情况。当前的研究还未深入调查水环境及其沉积物中的磺胺类抗生素环境本底值，但这并未否认水体中本身没有磺胺类抗生素。

1.2 抗生素工业生产

工业生产所带来的污水排放是抗生素类污染的一类主要环境污染源，有可能某些厂房出水口的某一种磺胺类抗生素水平就已经是mg/L级。我国目前有大量医药企业生产各类磺胺类抗生素，绝大多数企业会按照环保要求在排放前对其进行处理，再输送到污水处理厂，但仍有少数企业为了经济利益直接将污水偷排入自然环境之中，从而对自然界水环境造成影响[4]。

1.3 人类使用抗生素

主要来源于生活污水和医用污水处理部门，有关部门虽然对污水进行了一定程度的处理，但由于技术、成本等问题仍有很大一部分污染物没有被彻底清除掉[5]，使水环境中始终存在着低剂量的磺胺类抗生素污染物。

1.4 兽用、农业和水产养殖使用抗生素

磺胺类抗生素主要被大量应用于动物养殖的过程中，其通过以饲料添加剂的形式应用到畜牧业、水产业中，用以防治动物疾病，提升产量[6]。通常会以动物粪便和尿液的形式排泄到自然环境中去，对水体环境产生影响。

2 国内外相关研究进展

近年来，国外学者开始关注和研究水环境中的各类磺胺类抗生素，包括分析其地域分布、迁移以及代谢等。在20世纪90年代，国外学者已开始研究如何对环境中存在的抗生素进行检测，提出了一系列检测基本方法。Benotti等[7]在2006年至2007年间分析了美国19个水务公司的原水、出厂水和管网末梢水中的51种化合物。在11种检出的化合物[阿替洛尔、莠去津、卡马西平、雌酮、吉非贝齐、甲苯磺酸盐、萘普生、苯妥英、磺胺甲恶唑、三（2-羧乙基）膦、甲氧苄啶]中，三（2-羧乙基）膦（120 ng / L）和磺胺甲恶唑（12 ng / L）的平均检出水平最高，其余化合物均小于10 ng / L。同时其调查研究结果显示，美国的生活饮用水中被检出频次最多的是抗生素是磺胺甲基异恶唑。Inreiter等[8]研究了奥地利生活饮用水中的抗生素浓度水平，在2014年采集的200个样品中，10个样品检测到磺胺甲恶唑，5个样品的浓度高于2.5 ng/L。

国内一些研究选取生活饮用水的水源水和水厂出厂水为研究目标，分析检测包含磺胺类抗生素在内的抗生素总体濃度水平，通过与其他类型抗生素检出率与浓度水平的比较，从一定程度反映了生活饮用水磺胺类抗生素环境污染状况。胡冠九等[9]以南京市3个县区生活饮用水的水源水为研究对象，运用固相萃取-高效液相色谱/串联质谱法，对包含磺胺类抗生素在内的5类14种抗生素（4种四环素类、3种磺胺类、2种大环内酯类、2种喹诺酮类和3种氯霉素类）浓度水平和季节变化进行了检测和分析，所有抗生素水平均介于未检出～14.9 ng/L之间，最高的是诺氟沙星、氧氟沙星、强力霉素和磺胺嘧啶，磺胺嘧啶的浓度在全部14种抗生素中排第4位。从抗生素污染水平的季节变化情况来看，其浓度的季节排名依次是8月、5月和2月，分别对应对是自然水环境的丰水期、平水期和枯水期，其中湖泊水的抗生素浓度略高于长江水。秦宏兵等[10]对太湖流域的生活饮用水水源水6种磺胺类抗生素浓度水平进行检测分析，结果显示2个采样点水样均检出磺胺类抗生素，其中浓度水平最高的是磺胺邻二甲氧嘧啶，其次为磺胺甲基异恶唑。

王硕等[11]以北京市部分自备井水源水、地表水和市政末梢水为研究对象，比较了不同固相萃取柱检测磺胺类抗生素及其代谢物的效率差异。其结果显示，所有被检测的21种磺胺类抗生素浓度水平介于0.5～500 ng/L之间，检出的主要抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺噻唑等。秦宏兵等[10]对太湖流域的生活饮用水源水6种磺胺类抗生素浓度水平进行检测，结果显示2个采样点水样均检出磺胺类抗生素，其中浓度水平最高的是磺胺邻二甲氧嘧啶，其次为磺胺甲基异恶唑。唐琨等[12]运用固相萃取-超高效液相色谱-质谱联用法，检测了城市生活饮用水中的磺胺甲噻二唑含量，检测结果为0.002 μg/L，其标准差介于1.1%～2.9%之间，加标回收率介于70.0%～101.4%之间。

生活饮用水中磺胺类抗生素的浓度水平与其他类抗生素相比并不算特别高，但广泛存在于生活饮用水的水源水与市政自来水厂的出厂水中，各地生活饮用水及其水源水磺胺类抗生素检出率与浓度水平存在着差异。

3 生活饮用水中主要去除抗生素的工艺

目前，国内市政自来水厂多采用常规处理和深度处理两种水处理工艺形式，常规处理是指传统的混凝-沉淀-过滤-消毒工艺；深度处理是在生活飲用水的常规处理基础上增加了活性炭、臭氧、前加氯等新型处理技术。此外，还有一些紫外线技术和新型高级氧化技术也在应用推进中。

3.1 常规处理与深度处理

马远萍等[13]选用红霉素、磺胺甲基异恶唑、磺胺嘧啶、四环素和土霉素作为研究检测对象，来分析抗生素物质在水厂各个处理环节中的浓度变化及其规律。研究结果显示，水厂进水中检测出了所有待检测的抗生素，其平均水平为59.40 ng/L。在经过水厂 “高密度沉淀池+臭氧氧化池+上向流生物活性炭池+V型砂滤池+加氯消毒”工艺的处理后，这些抗生素的浓度大幅度降低，出厂水中红霉素和磺胺嘧啶没有被检测到，其他3种（磺胺甲基异恶唑、四环素和土霉素）的浓度水平也小于7 ng/L，水厂整体工艺对目标抗生素具有良好的去除效果，总去除率达89.9%，其中臭氧氧化和生物活性炭处理单元对抗生素的去除效果明显，总绝对去除率分别达到71.2%和13.2%。

姜蕾等[14]以上海市部分生活饮用水厂为研究对象，检测了不同水厂处理工艺对水厂原水中磺胺类、喹诺酮类、大环内酯类典型抗生素去除特征。其研究结果显示，采用常规处理工艺抗生素的去除率介于13.01%～94.25%之间，出厂水抗生素水平介于0.05～20.38 ng/L之间；而采用深度处理工艺的去除率介于47.85%～100%之间，出厂水抗生素浓度水平介于0.13～8.34 ng/L之间。

董琪[15]运用固相萃取—高效液相色谱方法，对生活饮用水中磺胺甲恶唑和磺胺嘧啶两种抗生素进行检测。在通过常规饮用水处理工艺对水中的两种磺胺类抗生素进行去除后，常规工艺虽然对大分子物质有比较好的去除作用，但对于小分子物质的去除成功率并不高，且对两种磺胺类抗生素的去除效果不理想。水中小分子物质能够将磺胺类抗生素吸附，若时间越长，其所吸附的磺胺类抗生素可能会聚集更多，进而对人类健康构成威胁。

上述文献研究表明，水厂目前所采用的水处理工艺对在去除常规污染物，包括对磺胺类抗生素污染物去除起到一定作用，同时深度处理工艺在去除作用方面优于常规处理工艺。

3.2 其他处理技术

王琛等[16]对比了紫外（UV）和紫外线/真空紫外线（UV/VUV）两种处理工艺对磺胺类抗生素的去除效果。结果显示，水体环境中磺胺类抗生素含量或有机物含量较高时，UV/VUV的处理方法的效果并不理想，且在相同和条件下，UV/VUV处理方法比UV处理方法能耗要低得多，该方法比较适合应用于小型、分散的生活饮用水供给体系，能够比较高效地去除含量不是太高的有机污染物。庄珍珍[17]运用三种新型高级氧化技术（UV/H2O2、UV/PS、Co Fe2O4活化PMS工艺），对磺胺吡啶和磺胺甲基嘧啶两种抗生素的去除效果进行了研究。其结果显示，紫外与氧化剂（H2O2、PS）联用时去除效果明显，在pH3和pH5时UV/H2O2对两种磺胺类抗生素进行降解能发挥最大去除作用；不同UV/H2O2和UV/PS技术发挥氧化作用的主要影响因素也有所不同，能够极大影响前者作用的是·[KG-*4]OH，而影响后者作用的是·[KG-*4]SO-4。

磺胺类抗生素作为一种广受关注的新型环境污染物，来源广泛，残留时间长，从现有的研究结果来看，生活饮用水中的磺胺类抗生素含量处于相对较低的水平，与其他抗生素相比，并不算太高，但由于生活饮用水中磺胺类抗生素的持续暴露，即使是极低的浓度也可能因长期存在而对人群健康造成潜在危害风险。国内生活饮用水中检出频率和浓度水平比较高的磺胺类抗生素是磺胺嘧啶和磺胺甲恶唑。现有水厂的常规处理工艺和深度处理工艺对磺胺类抗生素都具有一定的去除效果，深度处理工艺去除效果优于常规处理工艺。还有部分学者介绍了紫外线技术和新型高级氧化技术两种去除手段，但去除效果和安全性仍有待进一步研究。国内关于生活饮用水中磺胺类抗生素的研究也存在着一些不足之处，少有文献对生活饮用水中磺胺类抗生素的分布、代谢进行研究。其对人群健康的长期风险也值得关注，这类污染物的环境积蓄效应和经过水厂工艺处理后的转归趋势也需要加强和深入研究。

参考文献

[1]ALCOCK RE，SWEETMAN A，JONES KC.Assessment of organic contanhnant fate in waste water treatment plants I：selected compounds and physicochemical properties[J].Chemosphere，1999，38（10）：2247-2262.

[2]姜蕾，蔡海芸，卢宁.黄浦江上游水体中抗生素的分布特征与生态风险[J].净水技术，2014，33（S2）：81-85.

[3]KMMERER K.Pharmaceuticals in the environment：sources，fate，effects and risks[M].2nd ed.Berlin Heidelberg：Springer，2004.

[4]HUANG CH，RENEW JE，SMEBY KL，et al.Assessment of potential antibiotic contaminants in water and preliminary occurrence analysis[J].J Contemp Water Res Educ，2001，120（1）：30-40.