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由于不规范的使用以及不合理的滥用,抗生素造成的潜在环境问题以及对人体健康的影响不可忽视。近年来,随着环境监测分析技术的快速发展和应用,抗生素这类新型微量有机物已经成为环境领域研究的热点。目前,抗生素已经在污水处理厂进出水、河流、土壤、粪便等多种环境介质中检测到,而抗生素制药废水中抗生素类药物的残留浓度更高,但是目前针对抗生素制药污水处理厂的研究却鲜有报道,尤其是对制药污水处理工艺各单元内的多种抗生素的迁移分布规律和去除机制的研究。 本论文采取固相萃取(SPE)-超高效液相色谱(UPLC)-串联质谱(MS/MS)技术,建立并完善了污水及污泥样品中6种磺胺类(SAs)、4种四环素类(TCs)、3种氟喹诺酮类(FQs)、3种大环内酯类(MACs)以及2种β-内酰胺类共计18种典型抗生素的同时分离分析方法体系。水样中各目标物的回收率为62.3%~95.9%,方法的检出限为0.3ng/L~3.6ng/L,相对标准偏差为0.8%~4.2%。污泥样品中各目标物的回收率为60.1%~92.7%,方法的检出限为0.1 ug/kg~2.0ug/kg,相对标准偏差为0.5%~4.7%。结果表明,各项指标已达到要求,可满足实际环境样品检测的需求,从而建立并完善复杂环境样品中多种抗生素残留同时检测分析的方法,为后续环境污染分析奠定了基础。 本文以四个大型抗生素制药污水处理厂作为研究对象,利用以上建立的完善的监测方法分析这18种抗生素在不同制药污水处理工艺的的分布情况。对于两个生产β-内酰胺类抗生素的制药污水处理厂,氨苄青霉素(AMP)和头孢氨苄(CLX)的最高检测浓度分别为258.4μg/L和135.7μg/L,但本研究结果显示二者在两个制药污水处理厂的水相中的去除率均在90%以上。其余种类的抗生素在水相中检出水平较低,一般在ng/L级水平。所有回流污泥样品中均有多种抗生素的检出,并且有的残留水平较高。不同种类的抗生素去除率差异较大,四环素类和氟喹诺酮类的去除率分别为88.5%~99.2%和47.5%~97.8%,磺胺类抗生素的去除率较低,值得注意的是在PWWTP1厂中SMX和SDM的去除率为负值。从污水处理工艺来看,生物处理单元(好氧池)是大部分抗生素得以去除的关键单元。在PWWTP1制药污水厂处理厂,四环素类抗生素检出浓度较低,在PWWTP2污水处理厂,起主要的去除作用的是沉淀池。整体分析,PWWTP2厂对抗生素的处理效果要优于PWWTP1厂。 针对两个四环素类抗生素制药污水处理厂进行质量平衡分析,研究掌握三种四环素在不同污水处理工艺中的迁移分布规律和去除机制。结果发现经过生物处理单元(PWWTP3的UASB和MBR; PWWTP4的SBR和CAB)后四环素类抗生素的质量数下降的最多,这表明生物处理单元是这三种抗生素在污水处理过程中得以去除的主要单元。通过质量平衡计算分析可得,降解作用是这些抗生素类药物在污水处理系统中得以去除的主要机制,污泥吸附作用对其去除的影响相对较弱,低于23.5%。经计算可知,这两个处理工艺对这3种四环素类抗生素的实际去除率为44.8%~53.7%和54.1~59.6%,可见目前的污水处理工艺并不能有效的去除抗生素。 通过以上分析,可知目前的制药污水处理工艺并不能完全去除抗生素,出水中依然含有较高的残留而直接进入水环境。另外,含有高浓度抗生素残留的剩余污泥往往以有机肥的形式进入土壤环境。因此,有必要优化现行的抗生素制药厂污水处理工艺以避免或减轻抗生素污染对人类健康和生态环境造成的风险。