光补偿对微藻去除抗生素污染物的影响研究文献综述

 2022-12-07 04:12

抗生素(antibiotics)是由细菌、真菌等微生物或高等动植物在生活过程中产生的一类次级代谢产物,具有抗病原体或其它活性,能干扰其他生活细胞发育功能。自1943年青霉素应用于临床以来,抗生素的种类已达数千种,在临床上常用的亦有几百种,按化学结构,可将抗生素划分为beta;-内酰胺类、氨基糖苷类、酰胺醇类、大环内酯类、多肽类抗生素、硝基咪唑类、四环素类等。

抗生素在世界范围内被大量使用,1999年欧洲的抗生素使用量约为1328吨,2000年的美国抗生素的用量约为16200吨,全球抗生素的年均使用总量约为100000到200000吨[1]。中国是抗生素生产大国,使用大国,也是世界上滥用抗生素最严重的国家之一[2],年产抗生素原料约21万吨,占药物总产量的70%,而在西方国家,抗生素产量只占总量的30%[3]。与其他国家相比,我国地表水环境中抗生素的检出频率与总体浓度水平较高。据报道:2013年中国抗生素使用达16.2万吨,约占世界用量的一半,超过5万吨抗生素被排放进入水土环境中。根据相关文献资料,城市地表水、饮用水、养殖用水、污水处理厂废水等多种水体中都能检测出不同浓度的抗生素。

水环境中抗生素的主要污染来源包括医用抗生素、农林牧渔用抗生素、企业抗生素等[4]。医用抗生素是抗生素最主要的来源。药物经人体摄入后,只有少部分会发生代谢,大部分最终通过尿液或粪便排泄以原形进入污水系统中。而目前的污水处理工艺无法彻底有效地去除抗生素类污染物,使得部分未降解的活性成分随污水排入天然水体。农林牧渔用抗生素是环境中抗生素的另一个重要来源,未经处理的农业废水、畜牧废水和水产养殖废水的直接排放将抗生素排入天然水体,含兽用抗生素的动物饲料,家畜养殖场所排放的粪便等还有可能通过填埋、施肥等方式进入到土壤环境中,最后通过雨水冲刷,地表径流与渗滤等途径进入环境水体中[5]。企业抗生素主要体现在制药厂在抗生素的生产过程中产生的大量废水,此类废水不仅化学耗氧量(COD)较高,而且含有较高浓度的活性抗生素及有机溶剂等,若不经处理肆意排放,则会造成严重的环境污染。传统的生物污水处理虽能够去除一些抗生素,也不能使其完全降解,排放后仍然会带来环境污染。

抗生素在预防和治疗感染性疾病上作出了巨大贡献。人类应用抗生素在公共卫生领域取得了重要成果。然而现在日常生活中和临床上抗生素的滥用造成了巨大的危害。滥用抗生素最严重的后果是导致复杂多变的耐药菌的产生。耐药菌株的大量产生会导致其带来的感染将无药可用。抗生素在水产养殖上的运用越来越广泛,虽然抗生素可以防治水生动物疾病并促进其生长,节约营养,但也会对水生动物产生毒性效应,损坏水生动物的微生态平衡[6]。饮用水中残留的抗生素会危害人体健康,畜牧养殖的动物长期被喂食含有抗生素的饲料和水源,抗生素在动物体内蓄积,导致动物食品及其副产品中产生抗生素残留。抗生素通过食物链生物富集传递到人,引起人群的过敏反应甚至食物中毒;部分药物有致癌、致畸、致突变或有激素类作用,严重干扰人类各项生理功能[7]。会产生菌群失调,即由于受某些因素的影响,正常菌群中各种细菌的种类和数量发生变化[8]。抗生素的长期大量滥用,则使细菌未被抑制的类型迅速繁殖,造成菌群失调,导致患者免疫力下降,并且加重病情或产生新的病变。

目前常规污水处理工艺主要包括生物法、化学法和物理法等[9] 用于抗生素废水处理的物化方法主要有:混凝-沉淀、吸附、气浮、焚烧、反渗透、膜分离、光降解和电解法等,实际应用中根据各类抗生素废水特点及实验结果选择适当的方法。虽然以上物化处理方法均具有一定的处理效果,但是有的需要投加大量化学药剂,使得处理成本提高、操作复杂;有的生成大量副产物,处理不当易造成二次污染,因此一定程度上都限制了它们的应用[10]。好氧生物法是抗生素处理的常规方法,其中活性污泥工艺在目前国内外污水处理厂广为采用,其去除机理为生物氧化与生物吸附。虽然有很好的去除效果,但是还是有一些不可忽视的弊端(如产生抗药菌)[11],又限制了它们的广泛应用。

藻类是重要的初级生产者,对水生生态系统的平衡和稳定起着极其重要的作用,同时它也是污染水体中首当其冲的受害者。它们多是许多鱼、虾、贝类幼体等经济动物的主要优质天然饵料生物之一,其生长状况直接影响到养殖鱼、虾、贝类等的产量和质量,也会影响人类的健康。有研究结果表明,微藻类能够有效降低多种有机污染物及重金属的毒性[12, 13],对于抗生素处理也有很好的效果。本实验研究的是蓝藻对三种常用的抗生素——阿莫西林、诺氟沙星、头孢拉定的去除效果,与藻处理前后对轮虫毒性的研究。旨在在有效去除抗生素的基础上有效的降低其环境影响。

本实验主要从以下部分展开:(1)不同藻密度的蓝藻对三种目标抗生素的去除。(2)不同外加c源浓度添加下蓝藻对三种目标抗生素的去除。(3)不同藻密度去除后轮虫急性毒性试验。(4)不同添加C源后轮虫急性毒性试验。实验过程中涉及的方法有显微镜观察法、紫外分光光度法和液相色谱法等,实验室的条件基本能满足该课题的研究。基于已开展的部分研究和已具备的知识基础,可以按时完成该课题。

五、参考文献

[1] Kummerer K. Significance of antibiotics in the environment [J]. Journal of Antimicrobial Chemotherapy, 2003, 52(1): 5-7.

[2] 王兰. 抗生素污染现状及对环境微生态的影响 [J]. 药物生物技术, 2006, 02): 144-8.

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