武汉市水源地及典型自来水厂中抗生素及抗性基因污染特征研究

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近年来抗生素的广泛使用导致细菌产生耐药性,并且促进了抗生素抗性基因(ARGs)的产生。抗生素和ARGs作为新型污染物可通过多种途径进入到水环境中,不仅会对生态环境安全造成影响,还会威胁人类健康。目前水体中抗生素及ARGs分布情况研究多数集中在浓度分布特征方面,关于城市自来水给水过程中抗生素及ARGs分布及削减方面的系统研究较少。本文在抗生素及抗性基因常用检测方法的基础上,建立了水体中典型抗生素及ARGs检测方法并对其进行优化,利用此方法调查了武汉市饮用水水源地表层水中抗生素及ARGs分布情况,并比较了武汉市东西湖区两个典型自来水厂中从进水到各水处理单元出水再到市政管网末端沿程中抗生素及ARGs分布及去除情况,主要得出以下结果:(1)建立了应用固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱技术(SPE-UPLC-MS/MS)同时测定水环境中磺胺类、四环素类、大环内酯类和喹诺酮类4类15种抗生素的方法。水样加入同位素替代物后通过HLB固相萃取柱进行富集浓缩,UPLC-MS/MS测定,并采用内标法定量。结果表明,15种抗生素的方法检出限为0.04~0.09 ng/L,定量限为0.16~0.36 ng/L,样品加标回收率为59.5%~102.8%,相对标准偏差(RSD)均小于11.3%(n=6)。优化的水体ARGs测定方法操作简单,线性及回收率良好(r>0.99)。(2)对武汉市水源地表层水中的典型抗生素和ARGs进行了时空分布研究。三次采样结果表明,同一河流的各个采样点除个别点位外,样品中测得的抗生素和ARGs种类及浓度差别不大,两种污染物浓度整体均表现为枯水期>平水期>丰水期,磺胺甲恶唑(SMX)、磺胺对甲氧嘧啶(SMD)、磺胺嘧啶(SD)、罗红霉素(RTM)、sul1、qnrD和tetO是研究区域表层水中的主要抗生素和主导基因。(3)对水源地检出的抗生素和ARGs进行相关性研究并对抗生素进行了生态风险评估。通过Pearson相关系数判断抗生素和ARGs间的相关性,结果表明,大多数ARGs与对应抗生素种类没有很强相关性。通过风险熵值(RQs)模型对水体中抗生素污染物残留的潜在风险进行评价,结果表明,多数抗生素对水源地的鱼类和绿藻类水生生物没有危害或危害很小,少数抗生素如SMX、SD和SMD和RTM对水蚤类生物存在低风险。(4)研究了采用不同处理工艺的自来水厂各处理单元出水中抗生素和ARGs分布,并分析了两种污染物的去除效果。经过深度处理后的余氏墩水厂整体水质优于只采用常规工艺处理的走马岭水厂水质。不同的常规处理工艺对抗生素及ARGs的去除效果不同,而深度处理工艺对抗生素有一定的去除效果,但对ARGs的去除效果有限,甚至会导致某些种类ARG绝对丰度值增加。
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