浑河沈阳段典型抗生素污染分布及风险评价

徐洪波 刘维钧 李晶 李哲 祝琳琳

【摘要】利用固相萃取-高效液相色谱质谱法调查了四类16种典型抗生素在浑河沈阳段的含量、时间和空间分布特征。结果显示，在浑河沈阳段干流和支流的10个点位中检测出12种抗生素。16种抗生素在城市污水处理厂与附近支流河之间皮尔森相关性显著，污水厂抗生素排放对附近河流有明显影响。喹诺酮类氧氟沙星、环丙沙星表现高生态风险。

【关键词】抗生素；浑河沈阳段；污染分布；生态风险评价

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.03.057

Distribution and Risk Assessment of Typical Antibiotics Pollution In Shenyang Section of Hun River

XU Hongbo1，LIU Weijun2，LI Jing1*，LI Zhe1，ZHU Linlin1

（1.Liaoning Shenyang Ecological Environment Monitoring Center，Shenyang 110015，China；2.Xiannvhe Sewage Treatment Plant，Shenyang 110141，China）

Abstract：The contents，temporal and spatial distribution characteristics and sources of 16 typical antibiotics in Hunhe River Shenyang section were investigated by solid-phase extraction（SPE）and high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry（HPLC-MS/MS）. The results showed that 12 antibiotics，were detected at 10 points in the main stream and tributaries of hunhe River in Shenyang. There was a significant Pearson correlation between the 16 antibiotics from the municipal sewage treatment plant and the adjacent tributary river，and the antibiotic discharge from the sewage treatment plant had a significant impact on the nearby river. Quinolone ofloxacin and ciprofloxacin show high ecological risk.

Key words：antibiotics；hun river Shenyang section；pollution distribution；source；ecological risk assessment

生態环境部“十四五”生态环境监测规划和2035年远景目标纲要明确要求重视新污染物治理[1]，健全有毒有害化学物质环境风险管理体制。2022年5月国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，提出到2025年，建立健全化学物质环境信息调查、环境调查监测、环境风险评估，逐步建立健全有毒有害化学物质环境风险管理法规制度体系和管理机制，新污染物治理能力明显增强。

近几年国内外不同地区的自然水环境中抗生素的污染状况开展调查[2-8]，同时分析抗生素出现在环境中的主要来源[9-12]，希望能为进一步开展抗生素环境风险评估及污染减排控制等研究提供参考。本文以浑河沈阳段为研究对象，分析4类16种抗生素在该流域的污染特征，并利用EPA风险商值评价该流域内抗生素的生态风险，以期为辽宁省流域内抗生素污染防治和环境治理提供技术支撑。

1材料与方法

1.1采样点位设置

浑河在沈阳境内全长172千米，城市段东起鲁家大桥，西至浑河大闸，全长约32千米。主要支流河有白塔堡河、细河、蒲河等。研究围绕污染源、重要支流布设10个采样点H1～H10。采集表层水，同时采集排入浑河沈阳段的15个城市污水处理厂的出口排水，采集时间为2021年10月，见图1。

1.2样品采集与预处理

根据抗生素在沈阳的使用情况以及国内学者已有的研究成果[13-18]，本文选取4类（磺胺类SAs、氟喹诺酮类QNs、大环内酯类MCs、土霉素类TCs）16种典型抗生素为研究对象。其中6种磺胺类抗生素：磺胺嘧啶（Sulfadiazine，SDZ）、磺胺吡啶（Sulfapyridine，SMPD）、磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole，SMX）、磺胺甲基嘧啶（Sulfamerazine，SMZ）、磺胺喹恶啉（Sulfaquinoxaline，SQL）、磺胺二甲基嘧啶（Sulfamethazine，STZ）；4种氟喹诺酮类：氧氟沙星（Ofloxacin，OFL）、诺氟沙星（Norfloxacin，NOR）、环丙沙星（Ciprofloxacin，CIP）、恩诺沙星（Enrofloxacin，ENR）；3种大环内酯类MCs：罗红霉素（Roxithromycin，ROX）、阿奇霉素（Azithromycin，AZI）和克拉霉素（Clarithromycin，CLA）；3种四环素类TCs：四环素土霉素（Clarithromycin，OTC）、金霉素（Chlortetracycline，CTC）。

按照HJ/T 91相关规定采集样品。采样前将容量为1.0 L的棕色玻璃采样瓶依次用乙醇和去离子水漂洗3次，控干待用，样品采集前，预先在每升采样瓶中分别加入0.25 g乙二胺四乙酸二钠和0.15 g抗坏血酸（避光保存），适当振荡使其溶解，以排除水中金属离子、余氯及氧化性有机物对四环素类、磺胺类抗生素测定产生的干扰使用不锈钢水样采集器采集表层水，采集深度为水面以下0.5 m处，满瓶采样，采集到的水样避光低温保存运回实验室，运输过程中加冰排冷藏。在4℃下保存待测，并在48 h内完成水样预处理。

量取水样1.0 L，经0.45μm水系滤膜过滤。固相萃取前，每份水样加入5.848 g磷酸二氢钾和3.8 mL磷酸调节pH=2.0（经过pH计测量），固相萃取柱在富集水样前需要进行活化，取500 mgPTFE固相萃取柱依次用10 mL甲醇、10 mL（PH= 2.0）超纯水清洗活化萃取柱，待柱内充满pH=2.0实验用水后关闭流速控制阀浸润5 min，打开控制阀，弃去流出液。将1000 mL调节好pH值的水样过柱，流速控制在10 mL/min，样品全部通过后，用10 mL含5%甲醇的水溶液洗涤固相萃取柱，再将小柱于氮气保护下负压吹干。用10 mL含1%甲酸的甲醇溶液缓慢洗脱固相萃取柱，待淋洗液流过柱床后关闭流速控制阀，浸润5 min，再打开控制阀，接收淋洗液，将淋洗液浓缩，水浴温度40℃，氮气流速适中。待淋洗液近干至0.2 mL时，加入内标物，用初始流动相定容至1.0 mL，经过0.22μm有机相滤膜过滤。装瓶-20℃避光保存。准备进行UHPLC-MS-MS分析。

1.3仪器分析

色谱柱：Waters ACQUITY UPLC BEH phenyl（2.1 mm×50 mm，1.7μm）；流动相：0.1%甲酸水溶液（A），乙腈（B）；流速：0.3 mL/min；柱温：35℃；进样体积：10μL。

离子源：电喷雾离子源（ESI），正离子模式；毛细管电压：1.0 KV；雾化气（脱溶剂气）温度：600℃；雾化气（脱溶剂气）流速：800 L/Hr；反吹气流速：50 L/Hr；监测方式：多离子反应监测模式（MRM）。

1.4质量控制

采用内标法定量分析，浓度范围由0.1、0.2、0.5、1.0、5.0和10.0μg/L这6个浓度梯度组成，线性方程R2值大于0.99。在1.0 L纯水和原水中分别加入20 ng和200 ng的16种抗生素混标，同时测空白组分中抗生素含量，计算加标回收率，每组6个平行样。结果表明，16种抗生素的纯水加标回收率为50.7%～121.5%，原水的加标回收率为56.6%～102.9%。

1.5生态风险评价方法

1）AF=100：只有一个长期的NOEC数值，只研究了一个营养层次结构；2）AF=50：有两个长期的NOEC数值，并且研究了两个营养层次结构；AF=10：从长期的三个营养层次的研究得到。

通过从相关文献中收集抗生素对一些物种的急性和慢性毒理数据与相应的评价因子计算抗生素的PNEC值。基于最坏情况考虑，以抗生素质量浓度的最大值进行计算。RQs分类表征生态风险的不同程度，将抗生素生态风险划分为不同等级，分别为无风险（RQs<0.01）、低风险（0.011）。

2结果与讨论

2.1浑河沈阳段抗生素污染特征

2.1.1抗生素浓度水平

在浑河沈阳段10个采样点位中共检出4类14种抗生素，包括磺胺类、喹诺酮类、四环素类、大环内脂类，表明研究区域内河流水体中残留多种类抗生素，见表1。

在研究的四类16种抗生素中检出率超过50%的抗生素有11种，涵盖磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类和四环素类；完全没有检出的有2种。其中未检出喹诺酮类的恩诺沙星以及大环内脂类的克拉霉素。

喹诺酮类的氧氟沙星检出率为全部检出，检出率最高，磺胺类的普遍检出率较高，本研究选取的6种常见磺胺类抗生素检出率均超过50%，其检出率范围在60%～100%。四环素类检出率也较高，研究的三种四环素只有金霉素检出率小于50%。大环内酯类只检出罗红霉素且其检出率较高。阿奇霉素在浑河段被检出。通过检出率可见四类抗生素都是浑河水环境的主要新型污染物，不同抗生素的检出率和含量差异与抗生素使用量和其环境行为密切相关。检出率高的抗生素多为人畜共用。

2.1.2抗生素空间分布

浑河入境起上游到下游，直到出境，抗生素浓度逐渐增加，其空间分布趋势为上游残留水平较低，检出种类三种左右，随着河流下游逐步增多的支流河汇入，檢出的抗生素种类逐渐增多至12种，质量浓度增加。土西桥单断面沙星类突高值，与周边污染源有关，具体见图2和图3。

浑河各监测断面每个检出点位检出的抗生素种类以及含量不同与周边抗生素消费结构有关；也与周边污水处理厂、畜禽养殖等相关，而污水处理厂对抗生素的处理效果据文献显示十分有限。大量未被去除的抗生素经城市污水处理厂最终排入河流水环境中，其主要来源水的构成有城市生活污水、医疗废水、生产企业废水、养殖废水等。城市污水处理厂由于排水集中处置是造成城市抗生素污染的主要原因，乡村抗生素污染的来源主要是养殖废水排放和人畜粪肥。

2.2污水厂排放口抗生素与河流抗生素关联分析

为了解研究的16种抗生素在污染源城市污水处理厂与附近支流河断面之间是否有相似性，用Spss19.0对16种目标化合物进行皮尔森相关性分析，见表2。

西部污水厂排放口与土西桥采样点皮尔森相关系数为0.948，说明强相关，显著性0.000，说明两者差异性小；南部排口与蒲河沿采样点皮尔森相关系数为0.830，说明强相关，显著性0.041，说明两者差异性小；南部排口与七台子采样点皮尔森相关系数为0.894，说明强相关，显著性0.016，说明两者差异性小；由此相关性检验证明，污水厂抗生素排放对附近河流有明显影响。

2.3抗生素生态风险评价

氧氟沙星、环丙沙星这两种抗生素表现为高风险，表明其对水体中的水生生物表现急性和慢性毒性风险；诺氟沙星表现为中等程度的生态风险；磺胺甲恶唑、罗红霉素表现为低等程度的生态风险；磺胺嘧啶、磺胺吡啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺喹噁啉、磺胺二甲基嘧啶、土霉素、四环素、金霉素、阿奇霉素在河流中表现出生态风险不显著（见图4）。

3主要结论

1）四类16种抗生素在浑河沈阳段检出14种，检出率超过50%的抗生素11种，恩诺沙星和克拉霉素完全无检出。检出率表明四类12种抗生素都是辽河水环境的主要新型污染物，不同抗生素的检出率和含量差异与抗生素使用量和其环境行为密切相关。

2）研究16种抗生素在城市污水处理厂与附近支流河断面之间有相似性，用Spss19.0对16种目标化合物进行皮尔森相关性分析。相关性检验证明西部污水厂排放口与土西桥采样点、南部排口与蒲河沿采样点和南部排口与七台子采样点皮尔森强相关，显著性高，排污口与河流两者差异性小；由此，污水厂抗生素排放对附近河流有明显影响。

3）氧氟沙星、环丙沙星这两种抗生素表现为高生态风险，其对水体中的水生生物表现急性和慢性毒性风险；诺氟沙星表现为中等程度的生态风险；磺胺甲恶唑、罗红霉素表现为低等程度的生态风险；磺胺嘧啶、磺胺吡啶、磺胺甲基嘧啶、磺胺喹噁啉、磺胺二甲基嘧啶、土霉素、四环素、金霉素、阿奇霉素在河流中表现出生态风险不显著。

【参考文献】

[1]关于印发《“十四五”生态环境监测规划》的通知[EB/OL].（2021-12-28）.https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/ xxgk03/202201/t20220121_967927.html.

[2]刘鹏霄，王旭，冯玲.自然水环境中抗生素的污染现状、来源及危害研究进展[J].环境工程，2020，38（5）：36-42.

[3]秦延文，张雷，时瑶，等.大辽河表层水体典型抗生素污染特征与生态风险评价[J].环境科学研究，2015，28（3）：361-368.

[4]金磊，姜巍巍，姜蕾，等.太浦河水体中抗生素赋存特征及生态风险[J].净水技术，2022，41（4）：35-40.

[5]封梦娟，张芹，宋宁慧，等.长江南京段水源水中抗生素的赋存特征与风险评估[J].环境科学，2019，40（12）：5286-5293.

[6]杨常青，王龙星，侯晓虹，等.大辽河水系河水中16种抗生素的污染水平分析[J].色谱，2012，30（8）：756-762.

[7]陈卫平，彭程伟，杨阳，等.北京市地下水中典型抗生素分布特征与潜在风险[J].环境科学，2017，38（12）：5074-5080.

[8]方龙飞，魏群山，王元宏，等.上海黄浦江上游典型抗生素来源及分布污染特征研究[J].环境污染与防治，2017，39（3）：301-306.

[9]郑英丽，周子君.抗生素滥用的根源、危害及合理使用的策略[J].医院管理论坛，2007（1）：23-27.

[10]水质磺胺类、喹诺酮类河大环内酯类抗生素的测定固相萃取/液相色谱-三重四极杆质谱法：DB 37/T 3738—2019[S].

[11]宋焕杰，谢卫民，王俊，等.SPE-UPLC-MS/MS同时测定水环境中4大类15种抗生素[J].分析试验室，2022，41（1）：50-54.

[12]甘国强，赵盼，齐超，等.固液萃取-超高效液相-串联质谱法同时测定污水处理厂进出水中14种抗生素[J].沈阳药科大学学报，2016，33（2）：171-178.

[13]金磊，姜蕾，韩琪，等.华东地区某水源水中13種磺胺类抗生素的分布特征及人体健康风险评价[J].环境科学，2016，37（7）：2515-2521.

[14]任婉璐，许高平，李东.水环境中抗生素的污染现状、传播和处理技术研究进展[J].环保科技，2021，27（2）：53-57.

[15]叶计朋，邹世春，张干，等.典型抗生素类药物在珠江三角洲水体中的污染特征[J].生态环境，2007（2）：384-388.

[16]张芊芊.中国流域典型新型有机污染物排放量估算、多介质归趋模拟及生态风险评估[D].广州：中国科学院研究生院（广州地球化学研究所），2015.

[17]刘建超，陆光华，杨晓凡，等.水环境中抗生素的分布、累积及生态毒理效应[J].环境监测管理与技术，2012，24（4）：14-20.

[18]封丽，程艳茹，封雷，等.三峡库区主要水域典型抗生素分布及生态风险评估[J].环境科学研究，2017，30（7）：1031-1040.

[19]刘伟.磺胺类药物在兽医临床中的应用[J].现代畜牧科技，2019，38（1）：128-129.

[20]张晓娇，柏杨巍，张远，等.辽河流域地表水中典型抗生素污染特征及生态风险评估[J].环境科学，2017，38（11）：4553-4561.

[21] Klaus Kuemmerer.Antibiotics in the aquatic environmentAreview-PartⅠ[J]. Chemosphere，2009，75（4）：417-434.

[22] M.D.Hernando，Mezcua M，A.R. Fernández-Alba，et al. Environmental risk assessment of pharmaceutical residues in wastewater effluents，surface waters and sediments[J]. Talanta，2006，69（2）：334-342.

[23] Watkinson A J，Murby E J，Kolpin D W，et al. The occurrence of antibiotics in an urban watershed：From wastewater to drinking water[J]. Science of the Total Environment，2009，407（8）：2711-2723.

[24] Sarmah A K，Meyer M T，Boxall A.A global perspective on the use，sales，exposure pathways，occurrence，fate and effects of veterinary antibiotics（VAs）in the environment.[J].Chemosphere，2006，65（5）：725-759.

【作者簡介】

徐洪波，女，1972年出生，高级工程师，硕士，研究方向为生态环境实验室分析检测。

（编辑：谢飞燕）