針對中國水環境抗生素污染問題,概述了中國水環境中主要抗生素的種類、來源和危害;比較分析了現有污水處理技術在抗生素污染水體治理中的應用狀況,闡述了人工濕地在抗生素污染凈化中的應用進展。
一、抗生素及其污染
抗生素(antibiotics)是生物(微生物、植物和動物)在其生命活動過程中產生的,或由其它方法獲得的,能在低微濃度下有選擇地抑制或影響其它生物功能的有機物質。作為一類新型環境污染物,抗生素通過抑制細胞壁、蛋白和核酸合成等作用機制,抑制細菌的生長,預防和控制疾病。在養殖業,將抗生素添加到動物飼料,以預防動物感染、促進生長;在醫療方面,抗生素被用于防治細菌感染、真菌感染、抗腫瘤和提高免疫力。因此,20世紀以來,抗生素被大量應用于醫療、畜禽和水產養殖業。抗生素的使用甚至濫用會增加環境中抗生素抗性基因(ARGs)的含量,抗生素抗性基因可在生物體內和環境中長時間殘留。抗性基因通過水平轉移等途徑,由非致病菌傳到致病菌上,致病菌獲得多重耐藥性后,將對人類健康和生物安全造成巨大威脅。
2010年之后,在中國水產和畜禽養殖區的水體、沉積物和動物糞便中,都能檢出抗生素。在天津地區淡水養殖區沉積物和水體中,檢出的磺胺類最高含量達到21.67ng/g和14310ng/L;在珠江口水產養殖區沉積物中,檢出的5種抗生素質量比范圍為1.79~85.25ng/g,在水體中檢出諾氟沙星和氧氟沙星的質量濃度分別為59.00ng/L和7.63ng/L。檢測江蘇省畜禽糞便發現,雖然檢出的抗生素種類較少,但其濃度遠高于水體和沉積物。可見,在中國水生生態系統中,抗生素污染已經非常嚴重。
二、人工濕地在處理抗生素中的應用
傳統污水處理技術,如活性炭吸附法、活性污泥法、膜處理技術和高級氧化法等,對水體中抗生素的處理效果不理想,近年來,出現的一些新型處理技術,如超聲降解法、低溫等離子體和土壤滲濾系統法則存在成本高、維護難、反應難控制等缺點。人工濕地作為一種生態處理技術,利用基質?吸附、植物吸收和微生物降解的協同作用來凈化水體,具有運行成本低、易維護、處理效果好和環境友好等優點。
植物對抗生素的去除具有重要作用。植物直接吸收、植物根系分泌物促進降解、植物根區環境改善都會促進其對抗生素類污水的凈化。濕地植物的不同部分對抗生素的吸收累積量存在差異,例如,濕地植物的地下部分對磺胺類抗生素的積累量明顯大于其地上部分,即大部分抗生素無法從根部遷移到植物的地上部分。可見,植物的直接吸收雖然能直接去除一部分水體或土壤中的抗生素,但其去除作用更多地依賴于植物的間接作用。例如,植物根系能輸送氧氣、釋放碳源,從而改善植物根區環境,并促進微生物的生長、繁殖,同時植物根系可以為具有抗生素降解能力的微生物提供生長、繁殖的界面,影響微生物的總數和群落結構,也間接促進人工濕地對抗生素的去除。
人工濕地凈化抗生素污染水體的研究和應用已經日益受到關注,但是,在以下方面仍需加強。加強人工濕地凈化抗生素污水的基礎理論研究。現有研究大多集中在濕地植物、基質和構型的選擇以及微生物凈化原理的探究方面,應進一步加強濕地植物、基質和構型對抗生素去除機理研究,并開展植物根際化學和生物學特性研究。