磺胺類抗生素是畜牧養(yǎng)殖業(yè)中廣泛使用的廣譜性抗菌劑�？股厥┯糜趧�(dòng)物后，45-90%以上會(huì)以原藥或代謝物的形式經(jīng)動(dòng)物排泄物排出，通過淋濾進(jìn)入含水層，危機(jī)地下水安全。地下水中的磺胺抗生素，脅迫微生物產(chǎn)生耐藥性，產(chǎn)生抗性基因并通過基因水平傳遞到有害菌群，通過食物鏈威脅人類的健康。雖然地下水中磺胺抗生素的含量并沒有具體的危害標(biāo)準(zhǔn)，但長期存在的痕量磺胺類抗生素對(duì)人體的潛在危害也是不可估量的。 長期以來，由于對(duì)抗生素污染的危害缺乏認(rèn)識(shí)，我國對(duì)于環(huán)境中抗生素污染的研究較晚。對(duì)于地下水中抗生素的污染現(xiàn)狀、遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理的研究幾乎處于未知的狀態(tài)。因此，本文開展地下水中磺胺抗生素的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理及修復(fù)技術(shù)的研究具有重要的意義。 本論文選取了東北某磺胺類抗生素污染場地作為研究區(qū)，面積約1000m2。由于附近養(yǎng)殖場長期排放養(yǎng)殖廢水，形成一個(gè)直徑約4.0m的污水坑，含有高達(dá)0.5mg/L的磺胺類抗生素，主要包括磺胺甲基嘧啶（SM）、磺胺二甲基嘧啶(SM2)、磺胺噻唑(ST)、磺胺甲惡唑(SMX)四種，長期淋濾對(duì)地下水造成了污染。通過勘查發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域巖性介質(zhì)深度0.5～3.5m為淡黃色粉土；3.5～7.0m為粉砂砂層；7.0～10.0m為細(xì)砂砂層。研究區(qū)地下水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水和地表水入滲，排泄主要是蒸騰和人工開采。地下水水位埋深較淺，水力坡度5‰左右。在綜合分析已有勘查資料和研究成果基礎(chǔ)上，通過地下水土樣品采集與分析，建立地下水土中痕量磺胺抗生素的分析測(cè)試方法，查明污染場地地下水土中抗生素的污染特征；通過室內(nèi)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)、滲流柱槽模擬實(shí)驗(yàn)揭示磺胺抗生素在地下水土中的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理及在遷移過程中磺胺抗性基因的表達(dá)規(guī)律；篩選合適的吸附材料，J進(jìn)行磺胺抗生素污染地下水的原位修復(fù)技術(shù)研究。 對(duì)場地地下水土樣品的分析測(cè)試結(jié)果表明，在場地地下水土中均檢測(cè)到了磺胺抗生素。土壤中的磺胺抗生素主要分布在0.5～5.0m的巖性介質(zhì)中，檢出率和檢出濃度最高的是磺胺甲基嘧啶，濃度高達(dá)3.5mg/kg，其次是磺胺噻唑(0.5mg/kg)，檢出濃度最低的是磺胺甲惡唑（0.07mg/kg）。土壤中的磺胺抗生素隨著深度的增加，濃度逐漸減小。所取的11個(gè)地下水樣品測(cè)試結(jié)果顯示，地下水中磺胺抗生素的濃度為0～98ng/L，檢出率最高的是磺胺甲惡唑，濃度均大于40ng/L，其次是磺胺甲基嘧啶，檢出率最低的是磺胺二甲基嘧啶。 吸附作用是影響污染物在包氣帶、含水層中遷移轉(zhuǎn)化的主要作用之一。吸附作用不僅受污染物自身的物理化學(xué)性質(zhì)的影響，還會(huì)受到巖性介質(zhì)的有機(jī)質(zhì)含量、鐵錳氧化物及顆粒大小等影響。室內(nèi)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，巖性介質(zhì)吸附磺胺抗生素的吸附數(shù)據(jù)利用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合效果較好，符合Freundlich熱力學(xué)吸附規(guī)律；吸附速率為粉土粉砂細(xì)砂；四種磺胺抗生素在粉土上的吸附最快，吸附平衡時(shí)間最短，約10h，在粉砂中吸附平衡時(shí)間約16h，細(xì)砂中磺胺抗生素吸附平衡時(shí)間是24h；四種磺胺抗生素在不同介質(zhì)上的分配系數(shù)Kd，Kd粉土 Kd粉砂 Kd細(xì)砂，磺胺抗生素在粉土介質(zhì)上最容易被吸附，其次是粉砂，最難吸附的是細(xì)砂，這主要由于粉土的顆粒較小，吸附位點(diǎn)較多。分子內(nèi)擴(kuò)散模型擬合結(jié)果表明，磺胺抗生素在巖性介質(zhì)上的吸附可以分為兩個(gè)過程：界面層擴(kuò)散和分子內(nèi)擴(kuò)散，其中分子內(nèi)擴(kuò)散是限速步驟。腐殖質(zhì)及鐵錳氧化物對(duì)磺胺抗生素具有很大的吸附容量，在磺胺抗生素的吸附過程中起到很重要的促進(jìn)作用。隨著地下水中總?cè)芙夤腆w（TDS）的降低，巖性介質(zhì)對(duì)磺胺抗生素的吸附量減小，主要原因是溶液的離子強(qiáng)度降低，使得巖性介質(zhì)表面的擴(kuò)散雙電層變薄，磺胺抗生素與巖性介質(zhì)表面的電荷斥力增強(qiáng)，吸附量降低。地下水中鐵錳離子對(duì)巖性介質(zhì)吸附磺胺抗生素起到促進(jìn)作用，原因是部分鐵錳離子可以形成鍵橋促進(jìn)巖性介質(zhì)對(duì)磺胺抗生素的吸附。 生物降解作用是磺胺抗生素在地下水中遷移轉(zhuǎn)化的重要自然衰減作用之一，本論文主要從場地地下水中微生物群落結(jié)構(gòu)分析、多樣性指數(shù)分析、自然衰減動(dòng)力學(xué)等幾個(gè)方面開展研究，解釋磺胺抗生素在地下水中的自然衰減規(guī)律。本文采用高通量測(cè)序技術(shù)研究場地地下水中微生物群落結(jié)構(gòu)特征，結(jié)果表明：變形菌、厚壁菌和擬桿菌為該場地地下水中的優(yōu)勢(shì)類群，場地地下水中具有大量耐磺胺抗生素及可降解磺胺抗生素的菌群；Alpha多樣性指數(shù)、Beta多樣性指數(shù)、OTU聚類分析和PCA統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，該場地地下水中微生物群落多樣性差、空間分布不均勻、多樣性差、較為單一。相對(duì)于水解、化學(xué)降解等非生物因素，該場地地下水中磺胺抗生素的生物降解發(fā)揮主要作用�；前房股氐淖匀唤到膺^程符合一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)，其半衰期42.52～115.52d，在粉土介質(zhì)中的降解半衰期要小于粉砂和細(xì)砂介質(zhì)中的半衰期，主要由于有機(jī)質(zhì)對(duì)磺胺抗生素降解的促進(jìn)作用。隨著磺胺抗生素的自然降解，水中的SO42-和NH4+含量有升高的趨勢(shì)，說明在含水層中，磺胺抗生素的降解經(jīng)歷了水解、脫硫化等代謝過程 四種磺胺抗生素在包氣帶介質(zhì)中的淋濾實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，磺胺抗生素是較難被吸附，遷移能力強(qiáng)。四種磺胺抗生素含量分別在192h(SMX)、216h(SM)、264h(SM2)、336h(ST)檢測(cè)到最大值。包氣帶介質(zhì)對(duì)四種磺胺抗生素的阻滯系數(shù)STSM2SMSMX，則四種磺胺抗生素在包氣帶介質(zhì)中的淋濾遷移能力為SMXSMSM2ST。滲流柱出水中的pH在7.2～7.8之間波動(dòng)，SO42-、NH4+的濃度有升高的趨勢(shì)。 四種磺胺抗生素在滲流槽中的遷移實(shí)驗(yàn)表明，隨著磺胺抗生素在滲流槽中遷移路徑的延長，含水層介質(zhì)中四種磺胺抗生素由于吸附、降解等作用濃度減小，其中在粉土介質(zhì)中降解作用最為明顯�；前房股卦谀M槽遷移過程中，利用熒光定量PCR技術(shù)對(duì)磺胺抗性基因表達(dá)量的測(cè)試結(jié)果表明，離進(jìn)水口越近的取樣孔處（A8、B8、C8、D8），磺胺抗性基因的表達(dá)量越高，說明在磺胺抗生素中暴露時(shí)間越長，磺胺抗性基因的表達(dá)量越高，對(duì)環(huán)境的威脅越大。 基于地下水中磺胺抗生素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，結(jié)合地下水的特點(diǎn)選用吸附法對(duì)潛水中痕量磺胺抗生素進(jìn)行去除。通過對(duì)比菌糠、火山渣、骨炭三種常用的天然吸附材料對(duì)磺胺抗生素的去除效果，菌糠對(duì)低溫水體中磺胺抗生素的去除效果最好。菌糠吸附磺胺抗生素的室內(nèi)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，菌糠對(duì)四種磺胺抗生素吸附規(guī)律符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附方程擬合較好，符合朗格繆爾吸附等溫線，菌糠對(duì)磺胺抗生素的吸附機(jī)理主要有靜電引力、氫鍵等物理化學(xué)作用。菌糠去除地下水中磺胺抗生素的動(dòng)態(tài)模擬槽實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，菌糠對(duì)于地下水中磺胺抗生素的去除效果顯著，運(yùn)行30天，出水中的磺胺抗生素基本處于檢出限以下，表明菌糠材料是一種去除地下水中磺胺抗生素的有效材料。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：X523
【部分圖文】：

吉林大學(xué)博士學(xué)位論文計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國每年抗生素原料生產(chǎn)量約為 21 萬噸，其中有 9.7 萬噸用于畜牧養(yǎng)殖業(yè)[6]�？股卦谛竽琉B(yǎng)殖業(yè)中的使用量如此巨大,但通常獸用抗生素不能完全被動(dòng)物的生理過程代謝，高達(dá) 40-90% 使用劑量的抗生素在被使用過后以母體化合物形式由畜禽的糞便和尿液排入環(huán)境中，其最終受體是地下水（圖 1.1）。

6圖 1.2 獸用藥物的的環(huán)境轉(zhuǎn)歸途徑[44]1.2.3 磺胺抗生素的危害環(huán)境中普遍存在的磺胺類殘留物，已經(jīng)成為潛在的環(huán)境生態(tài)危險(xiǎn)源。動(dòng)使用藥物以后，部分藥物將以原型化合物或代謝產(chǎn)物的形式隨糞、尿等排泄入生態(tài)環(huán)境，給土壤、水體等帶來不良影響，并通過食物鏈影響微生物、植動(dòng)物的正常生命活動(dòng)，最終影響人類健康，其不良后果不容忽視。劉鋒[45]等表明磺胺類藥物能夠抑制水稻土壤微生物呼吸，其中磺胺甲惡唑和甲氧芐啶生物呼吸抑制影響最大。Migliore 等[46]通過室內(nèi)及田間試驗(yàn)的研究結(jié)果表明藥抗生素對(duì)植物胚軸、根系及葉子的生長均有不同程度的抑制作用。Yang研究了不同抗生素對(duì)綠藻生長的 EC50值，水生培養(yǎng)試驗(yàn)的結(jié)果表明，不同

15圖 1.3 技術(shù)路線1.6 創(chuàng)新點(diǎn)（1）利用熒光定量 PCR 技術(shù)，對(duì)潛水中磺胺抗性基因的表達(dá)規(guī)律進(jìn)行了研究。（2）選取了菌糠作為磺胺抗生素污染地下水的原位修復(fù)材料，且處理效果較好。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號(hào)：2811969