DGT技术应用于污水处理厂及其下游河流中非法药物和抗生素的检测研究

摘要

薄膜梯度扩散(Diffusive Gradients in Thin-Films technique,DGT)技术是一种新型的原位被动采样技术，被广泛地应用于土壤、水、沉积物和沉积物/水界面等环境中原位定量和测量环境中的污染物。相比于传统采样方法，DGT技术可以提供待测物有效态的时间平均浓度,更能反映生物的有效性。
　　目前，我国的水环境水污染问题日益多样化,其中抗生素和非法药物等新型污染物对水体环境所造成的的污染问题也日益凸显。抗生素污染的主要来源为农业、水产、医学药用等方面对其大量的使用；而非法药物的对水环境的污染主要源自人类的排泄和实验室毒品的废弃物的排放。
　　本论文创新性地建立了DGT技术检测三种非法药物（甲基苯丙胺,苯丙胺,氯胺酮）的方法。确定了检测三种非法药物的DGT装置中吸附膜为XAD膜，洗脱试剂为甲醇试剂，扩散膜为聚丙烯酰胺膜，滤膜为聚醚砜膜（PES）膜，外壳为A BS材料；在24h放置时间，25℃室温和0.8mm厚度扩散膜条件下的甲基苯丙胺、苯丙胺、氯胺酮的最低检测限分别为0.015ng/L，0.015 ng/L和0.012 ng/L；甲基苯丙胺、苯丙胺、氯胺酮的扩散系数分别为：8.29×10-6cm2·s-1，7.21×10-6cm2·s-1和7.75×10-6cm2·s-1。通过对DGT方法与传统SPE方法的比较研究，验证了DGT检测非法药物方法的可靠性。
　　本论文将DGT技术应用于污水处理厂（A和B）及污水处理厂A下游河流中非法药物的检测。在污水处理厂A中甲基苯丙胺（MET）出水口浓度低于检出限，在污水处理厂B出水口的MET浓度比入水口降低85.3％；苯丙胺（AMP）和氯胺酮（KET）在污水处理厂A和B中出水口浓度均高于进水口。
　　污水处理厂A下游河流中MET的浓度含量为108ng/L，而MET在污水处理厂的出水口浓度低于检测限，河流浓度比出水口浓度大幅提高；河流中AMP浓度为45ng/L，比污水处理厂出水口浓度（120.3ng/L）下降60%；KET在河流中的浓度为6.8ng/L,比污水处理厂出水口浓度（15.9ng/L）降低57.6%。
　　同时，本论文应用DGT技术对污水处理厂及其下游河流中抗生素浓度进行了检测研究。结果表明经过污水处理厂处理工艺，四环素类抗生素浓度降低约76%；磺胺类抗生素除甲氧苄胺嘧啶（TMP）外，浓度下降均在50%以上；喹诺酮类抗生素浓度降低45%以上；大环内酯类抗生素经过A厂后浓度没有降低反而升高，经过B厂大环内酯类抗生素浓度仅降低17.7%-28.6%。
　　污水处理厂A和B的下游河流中大多数抗生素浓度较低，绝大多数抗生素在河流中的浓度低于183ng/L，也有个别抗生素浓度较高。部分四环素类抗生素浓度低于检测限；磺胺类抗生素浓度除磺胺甲基异恶唑（SMX）和TMP在某些采样点浓度高达328ng/L和264ng/L外，抗生素整体浓度低于40ng/L，部分磺胺类抗生素浓度低于检测限。相比于污水处理厂抗生素的出水口浓度，SMX浓度下降67.6%，TMP浓度下降93%；喹诺酮类和大环类酯类抗生素浓度在河流中检测频率较高，浓度为0.955ng/L-992.2ng/L，相比于污水处理厂出水口浓度下降约30%-55%。
　　通过本论文的研究，利用DGT技术对污水处理厂各工艺段及其下游河流中非法药物以及抗生素的浓度进行检测。探索环境监测中预处理技术的新方法，寻求环境中新型污染物检测的有效途径，为污染物在环境中的去除和监测提供技术支持。检测结果也将为指导污水处理厂去除非法药物和抗生素提供相关的理论依据和技术支持，同时了解对下游河流带来的影响，从而消除非法药物和抗生素对环境造成的影响。