基于多技术联用的污水厂污泥中抗生素及其代谢产物分布特征与生态风险评估研究

本研究针对污水处理厂污泥中抗生素及其代谢产物的环境风险问题，通过监测15座污水厂五种污泥稳定化工艺（厌氧消化、好氧消化、脱水、堆肥和塘化）中17种抗生素及5类代谢产物的分布规律，揭示了磺胺类、氟喹诺酮类和大环内酯类抗生素的迁移转化特性，证实堆肥工艺对污染物的高效去除作用，为污泥农业回用的生态风险评估提供重要数据支撑。

　　

随着抗生素在医疗和养殖业的广泛应用，污水处理厂已成为环境中抗生素和耐药基因的重要汇集点。尤其值得关注的是，污泥作为污水处理的副产物，对疏水性抗生素具有显著富集效应，其中磺胺类(SMX)、氟喹诺酮类(CIP)和大环内酯类(CLM)等"关键抗生素"的残留可能通过农业回用进入食物链。更棘手的是，现有研究多聚焦母体化合物，而代谢产物如乙酰化磺胺(AcSMX)和去甲基克拉霉素(DM-CLM)的潜在生态风险长期被忽视。西班牙安达卢西亚地区水资源研究所的研究团队在《Chemistry and Physics of Lipids》发表的研究，首次系统评估了五种污泥稳定化工艺对17种抗生素及其代谢产物的去除效能。

研究采用超声波辅助萃取(UAE)结合固相萃取(SPE)的前处理技术，通过液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)对15座污水处理厂的污泥样本进行检测。特别值得注意的是，团队建立了包含N⁴-乙酰化代谢物和葡萄糖苷结合物等新型污染物的分析方法，并引入风险商(RQ)模型评估土壤环境风险。

研究结果揭示三个关键发现：

1. 污染物分布特征：进水污水以氟喹诺酮类(262 ng/L CIP)和磺胺类(154 ng/L SMX)为主，而初级污泥中大环内酯类(931 ng/g CLM)占比最高，这与化合物log K_ow值呈正相关。代谢产物浓度普遍低于母体化合物，但AcSMX在污水中的浓度(268 ng/L)反超SMX。

2. 工艺效能比较：堆肥工艺(CP)展现出最优去除效果，使CLM从450 ng/g降至1.07 ng/g。好氧处理促进磺胺类乙酰化代谢物生成，而厌氧消化(AnTP)对甲氧苄啶(TMP)的去除率达90%。脱水工艺(DTP)几乎不改变污染物分布。

3. 生态风险评估： lagoon污泥中CLM的风险商(RQ=0.276)接近中等风险阈值，其余工艺的RQ均<0.1。值得注意的是，CIP在土壤中的预测无效应浓度(PNEC_soil)仅2.135 ng/g，反映出氟喹诺酮类的高生态敏感性。

这项研究的重要意义在于首次证实污泥稳定化工艺选择直接影响抗生素环境归趋：好氧条件促进代谢产物转化，而厌氧条件更利于母体化合物降解。研究提出的"工艺-污染物-代谢路径"关联模型，为优化污泥处理工艺提供了理论依据。特别是发现堆肥过程能同步降低抗生素负载量和生态风险，这为发展基于自然解决方案(NbS)的污泥处理技术指明了方向。研究结果对完善欧盟《污泥农用指令》中新兴污染物的限值标准具有重要参考价值，也为实施"同一健康"(One Health)策略提供了关键科学证据。