污水处理厂中抗生素分布及影响效应研究

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抗生素生产废水与城市污水混合进入污水处理厂后,污水中残留的抗生素会对活性污泥中的微生物生命代谢活动产生抑制作用,影响活性污泥对常规污染物的处理效率。另一方面,抗生素会诱导污水中抗性菌的产生,抗性菌不易被常规污水处理工艺去除,进入到生态环境中的抗性菌能够通过水平转移将抗药基因传播给病原菌,增强病原菌的抗药性,给人体健康带来潜在风险。因此,研究污水处理厂各工艺单元抗生素的分布和去除情况,明确不同抗生素对生物处理单元中活性污泥的影响及其抗性菌的浓度分布,能够为建立制药废水中抗生素的排放标准提供科学依据,本文在对污水处理厂来水范围内的制药企业生产状况进行调查的基础上,运用高效液相色谱仪测定石家庄良村污水处理厂各工艺单元污水中抗生素的浓度,分析了抗生素在污水处理单元的分布和去除情况,筛选出目标抗生素;以活性污泥耗氧率为指标,衡量在单独作用和联合作用下,目标抗生素对活性污泥在的抑制作用;通过筛选培养目标抗生素的抗性菌,明确其在污水处理各单元的异养菌中所占比例及污水处理单元对抗性菌的去除率,为评价目标抗生素可能给人体健康的潜在风险提供基础数据,并为将来制定制药废水排放中抗生素的削减值提供依据。主要结果如下:通过对污水处理厂各单元污水进行检测,确定了磺胺甲基嘧啶、甲氧苄啶、四环素、土霉素、磺胺甲噁唑和沙拉沙星6种主要抗生素在污水处理厂各单元的分布。6种抗生素浓度分布在0.01~4.0μg/L。其中甲氧苄啶和土霉素浓度较高,进水中最大值可以达到3.0μg/L,甲氧苄啶在出水中的最大值超过1.6μg/L。四环素、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲噁唑和沙拉沙星在污水中的浓度较低,分布在0.5μg/L以下。污水处理工艺对6种抗生素总去除率很不稳定,磺胺甲基嘧啶、甲氧苄啶、沙拉沙星出现负去除,可能是由活性污泥解吸作用所致。6种抗生素单独作用对污泥耗氧率的抑制作用大小顺序为四环素>土霉素>磺胺甲恶唑>磺胺甲基嘧啶>沙拉沙星>甲氧苄啶;四环素和土霉素的EC50<10mg/L,属于高毒性物质,其他4种抗生素对活性污泥耗氧率的抑制作用较小。联合作用实验分为两组。第一组实验结果表明,联合作用下,只有四环素对活性污泥耗氧率有显著抑制作用。第二组实验结果表明,联合作用下,土霉素和磺胺甲基嘧啶表现出对活性污泥耗氧率有显著抑制作用。对6种抗生素作一级互作分析,四环素类抗生素和磺胺类抗生素联合使用表现出协同关系;其他抗生素两两之间为拮抗关系。污水处理厂进水、调节池和厌氧池中总异样菌群浓度在105CFU/mL以上。流离床和氧化沟中总异养菌数达到104CFU/mL,出水中只有103CFU/mL。进水中的异养菌群对磺胺甲噁唑,甲氧苄啶,土霉素的抗性较强,3种抗生素浓度达到32mg/L时,抗性异养菌群浓度仍然能达到104CFU/mL以上。而沙拉沙星的抗性异养菌群较少,当抗生素浓度达到16mg/L以上时,异养菌群浓度几乎为0。经过厌氧池后,流离床和氧化沟中抗性异养菌数降低了2个数量级。磺胺甲噁唑和甲氧苄啶在出水中浓度达到32mg/L时,菌群浓度仍然保持在102CFU/mL以上。土霉素浓度达到32mg/L,菌群浓度几乎为0。沙拉沙星浓度超过8mg/L时,异养菌群数近乎为0。污水处理工艺对抗性异养菌去除有一定效果,经过厌氧处理后,低浓度抗生素条件下,抗性异养菌占总异养菌的百分比明显下降。总体看来,异养菌对土霉素和沙拉沙星更敏感;对磺胺甲噁唑和甲氧苄啶有较强的抗性,在这两种抗生素低浓度条件下大量存在。本研究成果可以为清洁生产或收水区管理提供技术支撑,达到提高污水厂处理效率,改善水环境质量,降低其对人体健康的潜在危害的目的。
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