文献综述
1.抗生素概述
近年来,抗生素作为一类新兴有机污染物在自然水环境中的出现引起了国内学者的广泛关注[1-3]。抗生素作为治疗感染性疾病的药物,其使用广泛且用量较大。然而,抗生素进入人体或动物体内之后,有5%~90%是以母体结构形态或代谢产物形态通过尿液或粪便排出体外[1,4]。例如,30%的诺氟沙星和70%的氧氟沙星未能代谢而从尿液中排出体外[5];55%的罗红霉素和65%的阿奇霉素以母体结构形态经由粪便排出体外[6]。因此,抗生素的大量使用容易导致其通过直接或间接的途径进入环境,进而造成环境污染、危害生物体健康。目前,世界诸多地区的自然水环境中已检测到抗生素的存在,它们对环境中生物体造成的潜在不利影响已引起研究者的高度重视,相关研究已经展开。自发现抗生素医用价值后,其被广泛地运用在人类和牲畜疾病治疗中,而且抗生素滥用的现象广泛存在,据统计,全世界每年有10-20万吨的抗生素消费量[7],我国每年的抗生素原料生产量也达到21万吨[8]。
作为抑制微生物生长的药物,抗生素对于某些生物,特别是微生物的生长有不利影响。目前已有诸多文献报道自然水环境中的抗生素对某些生物具有毒性作用,从而影响其正常生长或繁殖。另外,值得注意的是,目前针对抗生素类污染物的毒性或风险评估通常是在单一抗生素条件下开展,然而在实际水环境中,抗生素往往是以多种药物混合共存的形式存在,协同作用可能产生比单一抗生素更强的毒性。自然水环境中的抗生素能够诱导抗药菌或抗药基因的产生。饮用水水源可能被抗生素污染,若净水厂不能将抗生素去除,其将进入饮用水管网。抗生素会导致人体和其它动植物病变和死亡及其引发的生态系统结构失衡。在自然环境中,抗生素会对动植物产生直接作用,直接诱导其产生病变或死亡,从而导致生态失去平衡;并且可能通过食物链的累积效应,间接诱发对处在食物链顶端的包括人在内的消费者的毒理性危害。
磺胺类抗生素不能完全被人体或者动物吸收,故容易碎新陈代谢排放到环境中,动物粪便排放和医疗废水是是两种SAs排放的重要来源,磺胺类抗生素可以水体为载体,从污染点源向环境扩散,比如,一些缺乏有效废水控制手段的地区,废水中的抗生素扩散到地表水中,抗生素随着地表水的迁移作用到达农田、水源地,农田中的抗生素很可能通过农作物根茎的保留作用进入到农产品中,水源地的水也很可能因为缺乏有效的降解致使抗生素出现在饮用水中。Qiao等人在我国华南地区的饮用水厂发现,采用常规处理工艺(絮凝、沉淀、过滤和消毒)的出厂水中含有3.27ng/L的磺胺甲恶唑,采用高级处理工艺(预臭氧化、絮凝、沉淀、过滤、颗粒活性炭吸附和消毒)的处理厂出厂水仍有1.48 ng/L的磺胺甲恶唑,并且在龙头水中检测到0.5 ng/L的磺胺甲恶唑。磺胺类抗生素由于其广泛使用、高排放率、高溶解度和在环境中的持久性造成了很大的环境压力,即使没有选择性的压力,耐磺胺的细菌也能够在水环境中稳定5或10年。
2.水消毒技术
2.1 自由氯消毒
氯气溶于水后产生的次氯酸具有很好的微生物杀灭作用,消毒机理是通过穿透细胞壁,破坏细菌和病毒的细胞膜、蛋白质、核酸致其死亡。早期氯气用于饮用水处理工艺主要是为了控制流行病的传播、杀灭水中细菌和病毒以及控制饮用水异味,因为具有杀菌能力强、易贮存和运输、处理成本低、运行管理方便等诸多优点,因此成为目前全球范围内许多自来水厂首选的消毒剂。1998年美国水厂协会消毒系统委员会水质调查组对以地表水和地下水为水源、服务人口万人以上的大、中型水厂展开的消毒情况调查表明,氯或次氯酸盐是首选消毒剂,采用氯气消毒的自来水厂约占 94.5%[9]。但是美国环保局在1976年确认了消毒后饮水中确实存在DBPs[10]。由于研究证明DBPs有引起实验动物致癌和后代缺陷的风险,此后,人们开始越来越多的关注氯气消毒所产生的DBPs对人体健康的不利影响,而氯气消毒的替代技术也正成为水处理技术人员研究的热点。
2.2 氯胺消毒
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