饮用水源地河流沉积物及抗生素水污染特性

饮用水源地河流沉积物及抗生素水污染特性

1 引言

抗生素作为治疗疾病和促进生长的有效药物被广泛用于医药、农业、畜牧业及水产养殖业中.抗生素的长期使用甚至是滥用导致大量抗生素被直接排放到环境中;由于不完全的代谢，有

30%~90%的抗生素可以通过人体或动物排泄的方式间接进入环境中.抗生素在生活废水、沉积物、地下水、土壤、农业污水、市政污水甚至是饮用水中均有检出.章强等报道我国地表水中含有浓度较高的68种抗生素.从整个中国地表水的污染情况来看，被检测到含量最高的抗生素是氟喹诺酮类和磺胺类抗生素，养殖业废水和城市污水则是抗生素的最高污染源头.

氟喹诺酮类(Fluoroquinolones，FQs)抗生素作为一种全合成的广谱抗菌药，能有效抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，且因为易于口服的特性被广泛用于医院、家备药品、兽用，占全球抗生素市场份额的17%，其中诺氟沙星(Norfloxacin，NOR)、环丙沙星(Ciprofloxacin，CIP)生产量最大，约占国内氟喹诺酮类抗生素总产量的98%.国内外一些水体环境中均已检测到有FQs 的存在，如：瑞士格里芬湖、北意大利波河、法国塞纳河;珠江口、黄河、渤海、海河.

近年来，FQs被认为是环境中的新兴污染物，成为了全球科研界最热点的研究问题之一.我国FQs研究成果相对还较少，主要原因在于FQs有十余种，对其进行分离、鉴定及定量测试方法要求高且分析耗时，费用较高，整体研究难度偏大.

本文选择对广东省某一饮用水源地河流中FQs的含量进行探讨.设置9个沉积物采样点，同时向渔民现场购买活体鱼样，对沉积物和鱼样中3种FQs——NOR、CIP及恩诺沙星含量进行测定，以期了解FQs在水源地河流沉积物和鱼样中残留的特征.另一方面，有研究认为对FQs的净化起主要作用的是污泥的吸附作用;FQs有很强烈的吸附能力，能够强烈吸附在颗粒物和沉积物中.因此，本文对沉积物的有机质含量、总氮、总磷也进行了测定，以探查FQs含量与河流沉积物性质的相关性及FQs可能的降解机制.本研究旨在初查水源保护区河流中抗生素的污染水平状况科学数据、初析沉积物和鱼体中FQs残留的成因;本研究对建议水源保护区的管理措施、水域生态保护、降低生态环境风险及保障人类食品安全等方面均具有重要的科学实践指导意义.

2 材料和方法

2.1 样品采集

2014年10月于该饮用水源地河流一级和二级保护区内设置9个采样点，编号为S1~S9，其中S3为支流、其余点位为干流.用彼得逊采泥器采集底泥样200 g左右，购买5种鱼样：鲢鱼、鲤鱼、鳙鱼、鳊鱼、鲟鱼，体重为1~2 kg成体.样品均24 h内带回实验室处理.取底泥、鱼肉和鱼内脏各200 g，置于-20 ℃冰箱保存.

2.2 主要试剂及仪器

标准物为CIP、ENR、NOR(色谱纯，德国Dr. Ehrenstorfer生产).甲醇制取100 μg · mL-1的FQs标准储备液和10 μg · mL-1的FQs混合标准储备液，-20 ℃保存.乙腈、正己烷、甲醇、甲酸、三乙胺和磷酸均为色谱纯，盐酸、无水硫酸钠、柠檬酸、乙二胺四乙酸二钠、磷酸氢二钠

均为分析纯.主要仪器有高效液相色谱仪(SPD-20A 紫外-可见检测器)、氮吹仪(DC-12)、高速冷冻离心机(3K30)、漩涡混匀仪(XW-80A)、分光光度计(UV-1800).

2.3 沉积样和鱼样中FQs含量测定

2.3.1 样品前处理

沉积样用真空冷冻干燥机冷冻干燥48 h，粉碎，过10目筛，称2.0 g于离心管中，加入5 mL Na2EDTA-Mcllvaine 缓冲液(pH=4.0)和5 mL酸化乙腈，漩涡混匀仪提取1 min，超声波清洗机振荡10 min，高速冷冻离心机(10℃，8000 r · min-1)离心取上清液，重复操作两次.上清液用0.45 μm玻璃纤维滤膜过滤，高纯水稀释至250 mL，移至SAX-HLB串联柱进行固相萃取.洗脱液用氮吹仪吹干，流动相溶解，精确定容至1.0 mL，0.22 μm针头式过滤器过滤后待测.

鱼样用真空冷冻干燥机冷冻干燥48 h，粉碎机粉碎，称量鱼肉和鱼内脏5.0 g于50 mL离心管中，加入10 g无水硫酸钠和10 mL酸化乙腈溶液，同上处理.

2.3.2 质量保证与质量控制

外标法确定沉积物样中目标回收率FQs为70%～75%，鱼肉中目标回收率FQs为70%~83%.每个样本的平行试验结果确定了该方法的可靠性.

2.3.3 色谱定性和定量测定

标准曲线测定：吸取10、20、50、100、200、500、1000、2000 μg · L-1的标准工作液各1.0 mL，测得标准曲线相关系数在0.994~0.999间.样品均采用高效液相色谱仪(HPLC)分析测定.柱温：30 ℃;流动相：磷酸缓冲液，乙腈(体积比为82 ∶ 18);流速：1.0 mL · min-1;进样量:20 μL;紫外检测波长：波长280 nm.3种FQs的检出限都为0.50 ng · g-1.

2.4 沉积物理化因子测定

OM采用重铬酸钾氧化-外加热法测定(NY/T 1121.6—2006);TN采用凯氏法(GB/T 7173—1987); TP采用过硫酸盐消化法(LY/T 1232—1999).

2.5 数据处理

数据用IBM SPSS Statistical 20统计软件及Excel 2013进行分析，采用Person相关性分析及多元线性回归分析统计方法，p<0.05 表示显著相关.

3 结果

3.1 FQs在沉积物中的分布

对沉积物的FQs色谱图进行定性与定量分析，3种FQs含量结果见图 1.

从图 1可见，9个采样点均可检测到NOR 和CIP ，S2、S3、S4、S8均未检测到ENR.各样点FQs 含量均为NOR>CIP>ENR.S9的FQs 含量最高，NOR 含量最高为248.25 ng · g-1，CIP 最高为158.69 ng · g-1，ENR 最高为56.81 ng · g-1.

3.2 沉积物理化性质

对各采样点进行沉积物理化性质的分析，pH 的变化范围在6.60~8.83，平均值为7.27.OM 含量、TN 含量、TP 含量见图 2.