水中磺胺甲噁唑去除技术的研究进展

黄智奔 陈菊香 包丽丽 董博康

（新疆大学建筑工程学院 新疆乌鲁木齐 830002）

引言

近年来，随着各种含磺胺类抗生素的医药及个人护理产品（pharmaceuticals and personal care products,PPCP）在日常生活中被人们广泛使用，在许多国家和地区的不同水环境中都检测到了此类抗生素，日渐引起人们的关注。广泛使用的磺胺类抗生素包括磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲基嘧啶等几十种[1]。磺胺类抗生素是一种大分子有机物，且不易被降解，从而会长期存在水环境中，使细菌的耐药性更强，长期存在于自然环境中，通过食物链进入人体后，使抗生素药物的作用降低，危害人体健康[2]。

1 水中磺胺甲噁唑的污染现状及危害

磺胺甲噁唑是一种典型的磺胺类抗生素，其抗菌谱广、抗菌作用强，能够阻碍细菌生长，被摄入生物体后少部分残留体内，大部分以原型态或代谢产物的形式进入环境中[3]。生活在含有磺胺甲噁唑的水环境中的生物，会影响其生长和繁殖，被人类食用后也会对身体健康造成不良影响。目前的饮用水处理技术无法完全去除水中抗生素，部分去除饮用水中抗生素的处理技术会产生有毒副产物，这些残留的抗生素以及有毒副产物会对人体免疫系统及肾脏受到毒性损伤，甚至会引起过敏反应和三致作用[4]。因此，需要深入研究和开发磺胺类抗生素的去除技术，不断探索对水中磺胺类抗生素更加经济、安全的处理方法。

2 水中磺胺甲噁唑的相关去除技术

面对水中污染物对生态环境及人体健康的严重威胁，在众多研究中选择出经济且高效安全的去除技术有着重要的意义。目前，水中磺胺类抗生素的主要处去除技术有生物法、物化法及高级氧化法等。

2.1 生物法

生物法是利用微生物自身的新陈代谢对污染物进行降解，以达到去除的目的，具有成本低、反应条件温和的特点。常见的方法有好氧生物降解法、厌氧生物降解法和人工湿地处理工艺等。根据目前的报道好氧生物降解适合处理浓度较低的废水，厌氧生物法适用于处理污染物浓度较高的废水，但是出水质量差且水量小，所以通常采用好氧与厌氧生物组合处理工艺来提高污染物的处理效果。人工湿地处理工艺在去除常规污染物的同时，对重金属污染物、难降解和大分子有机物也具有一定的去除效果。

Sochacki 等[5]利用垂直流湿地的环境，处理浓度为0.5mg/L 的磺胺甲噁唑和双氯芬酸，结果显示磺胺甲噁唑去除率超过90%。李丽等[6]利用垂直潜流和水平潜流的组合湿地方法净化污水处理厂废水，有植物的湿地对磺胺类抗生素的去除率明显高于无植物的湿地，说明湿地植物能起到吸收和转化的效果。

2.2 物化法

物化法指的是利用物理作用和化学反应综合过程处理废水，使污染物和目标水体进行分离，常见的方法有膜处理法、吸附法和混凝法等。

2.2.1 膜处理法

膜处理法是由于膜具有选择分离功能，利用膜两边的压力差将水中污染物进行分离，主要包括微滤、超滤、纳滤和反渗透。其中微滤和超滤对抗生素的去除率较低，则多采用纳滤和反渗透来截取水中污染物。

朱学武等[7]采用超滤/纳滤组合工艺处理钱塘江水系中磺胺类抗生素，碱性环境中对磺胺类抗生素的去除率可达99.9%，加入二价离子会改变膜表面电荷密度，提高了对磺胺类抗生素的去除效果。

研究证实多种膜的组合处理技术会有更好的去除率，结果发现组合工艺对水中重金属离子和无机盐离子也有很好的去除效果。张晗等[8]研究几种不同可溶性有机物（DOM）对纳滤膜去除磺胺甲噁唑，发现腐殖酸等亲水性有机物能提高对磺胺甲噁唑的去除率,最高时能达到96%。

2.2.2 吸附法

吸附法是利用固体吸附剂的物理和化学吸附性能，对水中污染物的分离技术，有着能耗低、可再生、去除率高以及操作简单的特点，现在有石墨烯、活性炭和生物质多级孔碳材料等吸附剂。

LIU 等[9]研究了颗粒状活性炭对四种抗生素的吸附效果，结果表示颗粒状活性炭对磺胺甲噁唑的吸附效果最好。LIAN 等[10]利用中药渣在不同温度下制备生物炭吸附水中磺胺甲噁唑，研究结果表示，当温度为250°C 时，吸附效率相比其他温度都有不同程度的提高。

2.3 高级氧化法

高级氧化法利用羟基自由基（·OH）来氧化降解水中污染物，降解效率高、去除效果好并且处理污染小，常见的方法有过硫酸盐氧化法、Fenton 法、臭氧法和光降解法等。

2.3.1 活化过硫酸盐法

活化过硫酸盐是一种新兴且高效的处理技术，过硫酸盐在多种活化方式下都可以生成有强氧化性的·SO4-从而达到去污效果。

吴梅等[11]使用Cl-活化过一硫酸盐法降解磺胺甲噁唑，当Cl-和过一硫酸盐同时存在，磺胺甲噁唑浓度为200mmol/L，30 分钟就能完全降解，降解速度随着过一硫酸盐含量、初始pH 的增加而加快。康蓓蓓等[12]在紫外光活化过硫酸盐降解磺胺甲嘧啶体系中发现，通过添加自由基捕获剂时发现，·SO4-在酸性和弱碱性条剑侠起主要作用，·OH 在碱性条件下起主要的作用。

2.3.2 Fenton 法

Fenton 试剂由亚铁盐和过氧化氢组合而成，利用催化剂、光辐射或者电化学作用通过过氧化氢产生的·OH，有效氧化去除传统废水处理技术无法去除的难降解有机物。

张萌等[13]使用了将电Fenton 和太阳光结合的方式降解磺胺甲噁唑，发现将电光组合使用对磺胺甲噁唑的去除率更高。迟翔等[14]在探究Fenton 法直接处理沼液中抗生素时发现，在磺胺类和四环素类抗生素去除率较高的情况下，添加Fenton 试剂基本不会影响沼液中原有养分的含量。

2.3.3 臭氧法

臭氧法是指利用含低浓度臭氧的空气或氧气，氧化水中有机或无机污染物，从而对水体进行消毒、脱色、除污及除臭等工艺，分为直接氧化和间接氧化，直接氧化是指臭氧分子直接与污染物发生反应；间接氧化则是利用分解产生的·OH 氧化污染物。

金昊等[15]通过降解反应动力学模拟，发现当温度为298K，臭氧浓度为0.5mg/L，磺胺类抗生素浓度为5mg/L 时，在0～30min 内抗生素残留率骤降。周婷娟等[16]将羟基化锌（ZnOOH）作为催化剂，研究其催化臭氧（O3）氧化去除水中磺胺嘧啶的效果，结果表明羟基化锌催化臭氧的去除效果很强，去除率达到了98.83%。

2.3.4 高铁酸钾氧化法

高铁酸钾对微生物、内分泌干扰物等难降解有机物以及H2S 等无机物有着很好的去除作用，同时过程中不会产生三卤甲烷、卤乙酸、溴酸盐等有害副产物，是一种绿色强氧化剂。

马艳等[17]在研究高铁酸钾去除水中磺胺甲噁唑中发现，高铁酸钾对磺胺甲噁唑有着很好的降解作用，在中性条件下，0.02mmol/L 的磺胺甲噁唑经0.1mmol/L 高铁酸钾氧化10min 后，去除率可达91.5%。结果表明高铁酸钾投放量的增加会使磺胺甲噁唑的反应速率和去除率大大提高，但会使高铁酸钾稳定性降低，导致单位高铁酸钾降磺胺甲噁唑的能力下降。目前，高级氧化法的大规模使用并无技术保障，其经济成本及安全性值得研究和探讨。

2.3.5 光降解法

光降解是指由于光的作用而引起的污染物分解的现象，在光的作用下，大分子有机化合物降解为碳原子较少的同系物。光降解又分为直接光降解法和间接光降解法。

李聪鹤等[18]利用海水中天然有色溶解有机物（CDOM）光降解磺胺甲噁唑，发现盐度、硝酸根离子等环境因素会对反应过程造成一定影响，实验中使用的四种CDOM 都对磺胺甲噁唑的降解起到了促进的作用。

孙兴霞等[19]研究了水中磺胺类抗生素的光降解及富里酸对磺胺甲噁唑和磺胺嘧啶降解效果的影响，当富里酸浓度高时会促进磺胺嘧啶的降解。王广生等[20]发现在UV/NO3-体系对水中磺胺甲噁唑的降解中，NO3-浓度的增大会导致体系中·OH 的含量增高，因而磺胺甲噁唑的降解效率也会提高。

结语

水环境中残留的磺胺甲噁唑对水资源的安全利用造成了隐患，人们无法利用现有技术进行完全的去除。目前，水处理厂的传统工艺技术并不理想，存在许多不足，比如生物处理法并不能去除所有种类的抗生素；吸附法、膜处理法和高级氧化法是理想的处理手段，但是需要控制成本并找出更高效安全的工艺技术。总的来说，水中磺胺甲噁唑的去除技术需要得到改进和加强，需要在现有基础上寻找新的技术和降解方法，保障用水安全，这需要展开更深入的研究。