京津冀地区农村生活污水处理系统中抗生素的赋存特征、去除效能与生态风险评估

针对农村生活污水中抗生素残留引发的环境风险问题，研究人员系统评估了京津冀地区13个采用A2/O与A2/O+MBR工艺的污水处理设施，发现22种抗生素（如恩诺沙星、氧四环素）普遍存在，揭示四环素类在厌氧单元高效去除、喹诺酮类与总氮去除呈负相关等机制，识别出喹诺酮类（73.9%）为高风险残留物，为优化工艺提供科学依据。

　　

抗生素的广泛使用在保障人类健康的同时，也带来了严峻的环境问题。据统计，超过50%的抗生素会以原形通过排泄物进入生活污水，最终在自然环境中持续累积。这些残留的抗生素不仅可能诱导细菌产生耐药基因（ARGs），还会破坏生态平衡。农村地区由于污水处理设施相对薄弱，抗生素污染问题尤为突出。京津冀地区作为中国人口密集、经济活跃的区域，其农村污水处理系统中抗生素的赋存特征和去除效能尚不明确。

为填补这一研究空白，生态环境部化学品生态效应与风险评估重点实验室的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了最新成果。研究选取京津冀地区13个采用厌氧-缺氧-好氧（A²/O）及其耦合膜生物反应器（A²/O+MBR）工艺的农村污水处理设施，通过高效液相色谱-质谱联用技术检测22种抗生素浓度，结合化学需氧量（COD）、总氮（TN）等常规指标分析，评估不同工艺单元的去除效能与生态风险。

关键方法
研究采用标准化采样流程收集进出水样本，利用固相萃取结合LC-MS/MS（液相色谱-串联质谱）定量分析5类抗生素（喹诺酮类、大环内酯类等）；通过风险商值法（RQ）评估生态风险；采用Spearman相关性分析揭示抗生素去除与常规污染物的关联。

研究结果

1. 抗生素的检出特征
在进出水中均检出恩诺沙星、环丙沙星等22种抗生素（浓度μg/L级），其中磺胺类（SAs）占比最高（36.4%）。京津冀地区农村污水抗生素谱与城市污水相似，但种类较少。

2. 工艺去除效能

• A²/O与A²/O+MBR对多数抗生素去除率无显著差异
• 四环素类（TCs）在厌氧/缺氧单元去除显著，阿奇霉素去除与COD呈正相关
• 好氧单元对喹诺酮类（QNs）去除更广，但其去除率与TN呈显著负相关

3. 生态风险评估
3个设施被列为高风险（RQ>1），73.9%的高风险残留为喹诺酮类（如环丙沙星）。

结论与意义
该研究首次系统揭示了京津冀农村污水抗生素的赋存规律，阐明A²/O系列工艺中功能单元对抗生素的差异化去除机制，特别是发现好氧单元对QNs的去除受TN制约这一关键现象。研究成果为优化农村污水处理工艺参数、针对性控制高风险抗生素（如强化QNs末端处理）提供了理论支撑，对保障区域水生态安全和美丽中国建设具有重要实践价值。作者Ao Li等建议后续研究应关注抗生素去除与耐药基因传播的关联机制。