國(guó)彬 ,姚麗賢 ,馮志誠(chéng) ,葛鵬文
(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,廣州 510640;2.廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,廣州 510620;3.臨沂市環(huán)境應(yīng)急管理中心,臨沂 276000)
廣州市污水廠氯霉素類(lèi)抗生素污染特征研究
國(guó)彬1,姚麗賢1,馮志誠(chéng)2,葛鵬文3
(1.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,廣州 510640;2.廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院,廣州 510620;3.臨沂市環(huán)境應(yīng)急管理中心,臨沂 276000)
采用固相萃取(SPE)-高效液相色譜(HPLC)法分析了廣州市5個(gè)污水處理廠進(jìn)出水中3
種氯霉素類(lèi)抗生素的含量特征,并探討了其去除效果。研究發(fā)現(xiàn),3種藥物的加標(biāo)回收率為80.2%
~92.3%,檢出限為1~2 ng/L。且3種藥物在廣州市城區(qū)5座污水處理廠的進(jìn)出水中均有檢出,含量范圍在ng/L級(jí),去除率基本在50%~75%之間,污水處理廠并不能完全有效地去除氯霉素類(lèi)抗生素。
高效液相色譜;氯霉素;污水處理廠
人類(lèi)和畜禽大量使用抗生素,其中大部分以藥物原形隨糞尿排出,不斷進(jìn)入環(huán)境,成為新型重要的環(huán)境污染物,對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅[1-4]。污水處理廠是抗生素進(jìn)入環(huán)境的重要途徑,近年來(lái),污水處理廠中抗生素的污染特征已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。許多研究表明,在地下水、地表水、污水處理廠的進(jìn)出水中均檢測(cè)到抗生素的存在,濃度水平基本在ng/L級(jí),個(gè)別達(dá)到 μg/L級(jí),污水處理廠并不能完全去除抗生素類(lèi)藥物[5-7]。中國(guó)是抗生素的生產(chǎn)和使用大國(guó),抗生素濫用比較普遍,氯霉素類(lèi)抗生素是其中的典型代表。本文初步調(diào)查了廣泛使用的3種氯霉素類(lèi)抗生素在廣州市5個(gè)污水處理廠中的含量特征和去除率,為揭示環(huán)境中抗生素來(lái)源,評(píng)價(jià)其潛在危害性提供了科學(xué)依據(jù)。
1.1.1 儀器
Alliance e2695高效液相色譜儀-2489紫外檢測(cè)器 (美國(guó)waters公司);KL512J氮?dú)鉂饪s儀(北京康林科技有限公司);Milli-Q超純水機(jī) (上海亞榮生化儀器廠);VisiprepTM-DL固相萃取裝置 (美國(guó)Supelco公司);OASIS HLB固相萃取柱(3cc/60 mg, 美國(guó) Waters 公司);GM-0.33Ⅱ隔膜真空泵 (天津市騰達(dá)過(guò)濾器件廠);AS20500ADT超聲波清洗儀 (天津市奧特塞斯公司);FA1104N電子天平 (上海天平儀器廠);E-201-c精密pH計(jì)(上海雷磁廠)。
1.1.2 試劑
氯 霉 素 類(lèi) (chloramphenicols,CAPs):氯 霉 素(CAP)、甲砜霉素(TAP)、氟甲砜霉素(FF),均購(gòu)自Sigma公司,純度均 >98.0%;甲醇和乙腈均為色譜純,購(gòu)自Sigma公司;其余試劑均為分析純。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。
抗生素標(biāo)準(zhǔn)溶液:準(zhǔn)確稱(chēng)取3種氯霉素類(lèi)抗生素標(biāo)準(zhǔn)品溶于乙腈,配制成100 μg/mL的抗生素標(biāo)準(zhǔn)母液。取一定量混合標(biāo)準(zhǔn)母液用乙腈逐步稀釋?zhuān)渲瞥尚U€工作液,其含量范圍為0 ~ 5 μg/mL。標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液避光于-4℃冰箱中冷藏保存。
選擇廣州市城區(qū)5座污水處理廠,分別編號(hào)為 A、B、C、D、E,5 座污水處理廠的相關(guān)信息見(jiàn)表1。2010年6月 ~8月在5座污水處理廠采集進(jìn)水和出水樣品。所采集的進(jìn)水和出水樣品均為24 h混合樣品,每個(gè)樣品采集量為2 L,樣品采集后裝在棕色玻璃瓶中,冷藏運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定。
表1 污水處理廠概況
將采集的水樣分別通過(guò) 0.45 μm濾膜和HLB固相萃取小柱,其中HLB小柱先后經(jīng)2×3 mL甲醇和二次蒸餾水活化,以5~10 mL/min的流速通過(guò)已活化的HLB固相萃取柱,待柱富集完成后,用2×3 mL二次蒸餾水淋洗HLB柱,靜置 10 min,再用2×3 mL甲醇進(jìn)行淋洗,收集洗脫液并于35℃下用N2吹掃至近干,用甲醇-水(60∶40,V/V) 溶液定容到 1 mL,供 HPLC 分析。
色譜柱:Xbridge C18 (250 mm × 4.6 mm, 5 μm,美國(guó)Waters公司產(chǎn)品),流動(dòng)相為20%乙腈,進(jìn)樣量為 20 μL,流速為 0.8 mL/min,柱溫為 30℃,甲砜霉素、氟甲砜霉素檢測(cè)波長(zhǎng)為225 nm,氯霉素檢測(cè)波長(zhǎng)為278 nm。
準(zhǔn)確配制 0、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0 μg/mL 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液,按1.4條件進(jìn)行測(cè)定,線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)及檢出限見(jiàn)表1。以HPLC測(cè)得的峰面積X為橫坐標(biāo),相應(yīng)的濃度Y為縱坐標(biāo),3種抗生素的相關(guān)系數(shù)R均達(dá)到 0.999。采用3倍信噪比(S/N)計(jì)算氯霉素、甲砜霉素、氟甲砜霉素的檢出限分別為 2、1、1 ng/L。
表1 抗生素的線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)和檢出限
抗生素采用外標(biāo)法定量,在不含目標(biāo)抗生素的空白水樣中添加混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。3種氯霉素類(lèi)抗生素的加標(biāo)回收率為80.2%~92.3%,方法的靈敏度和準(zhǔn)確度能夠滿(mǎn)足污水中抗生素殘留分析。
分析測(cè)定了廣州市城區(qū)5座污水處理廠進(jìn)出水中氯霉素類(lèi)抗生素的含量及去除率,具體結(jié)果見(jiàn)表2和表3。
表2 污水處理廠進(jìn)出水中氯霉素類(lèi)抗生素含量 /(ng/L)
表3 污水處理廠出水中氯霉素類(lèi)抗生素的去除率/%
通過(guò)表2和表3可以看出,3種氯霉素類(lèi)抗生素在5個(gè)城區(qū)污水廠的進(jìn)出水中均有檢出,進(jìn)水中3種氯霉素類(lèi)抗生素含量在176~1012 ng/L之間,出水中3種氯霉素抗生素類(lèi)含量在78~530 ng/L之間。去除率計(jì)算采用進(jìn)水與出水含量之差與進(jìn)水含量的比值。從結(jié)果來(lái)看,不同抗生素和不同處理廠之間抗生素去除率波動(dòng)較大,其中A廠的氯霉素和D廠的甲砜霉素出現(xiàn)了負(fù)去除的現(xiàn)象,總體上,污水處理廠的抗生素去除率基本在50%~75%之間(負(fù)值除外)。
由于抗生素是新型環(huán)境污染物,它在污水中的含量并非污水處理廠的控制指標(biāo),因此污水處理廠的工藝設(shè)計(jì)對(duì)抗生素的去除不一定有效,一些研究也報(bào)道了污水處理廠對(duì)抗生素負(fù)去除的現(xiàn)象[1-3]。 由于抗生素的消除是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程, 對(duì)于這種負(fù)去除現(xiàn)象還沒(méi)有一致的認(rèn)識(shí),目前認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是吸附在懸浮物或污泥中的抗生素釋放到水體中,造成出水中抗生素含量上升;也可能是在污水處理過(guò)程中抗生素的共軛代謝物發(fā)生聚合以及處理過(guò)程中發(fā)生生物轉(zhuǎn)化而使目標(biāo)抗生素含量升高。
這些未被去除的抗生素經(jīng)污水處理廠排放到環(huán)境中,盡管被環(huán)境水體不斷稀釋?zhuān)瑵舛仍趎g/L級(jí)別,但對(duì)于環(huán)境中這種低濃度的、長(zhǎng)期的抗生素暴露也可以在個(gè)體或生態(tài)層次中起負(fù)面效應(yīng),應(yīng)該引起人們足夠的重視。
3種氯霉素類(lèi)抗生素的加標(biāo)回收率為80.2%~ 92.3%,檢出限為 1 ~ 2 ng/L,方法的靈敏度和準(zhǔn)確度能夠滿(mǎn)足污水中抗生素殘留分析。3種氯霉素類(lèi)抗生素在廣州市城區(qū)5座污水處理廠的進(jìn)出水中均有檢出,含量范圍在ng/L級(jí),去除率基本在50%~75%之間。污水處理廠并不能完全有效地去除氯霉素類(lèi)抗生素。
[1]徐維海,張干,鄒世春,等.典型抗生素類(lèi)藥物在城市污水處理廠中的含量水平及其行為特征 [J].環(huán)境科學(xué),2007, 28(8):1779-1783.
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10.3969/j.issn.1007-2217.2011.02.005
2011-02-15