抗生素是世界上用量最大、使用最廣泛的藥物之一。我國每年有成千上萬噸的抗生素類藥物被用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)和人類醫(yī)療中。

現(xiàn)在人們知道，多數(shù)抗生素類藥物在人和動物機體內(nèi)都不能夠被完全代謝，會以原形和活性代謝產(chǎn)物的形式通過糞便排到體外。而被排出體外后的抗生素代謝物仍然具有生物活性，還能在環(huán)境中進(jìn)一步形成母體。如何降解處理水體中的抗生素，已成為環(huán)保治理之殤。

日前，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院技術(shù)生物所黃青研究員課題組與安徽華豐環(huán)保節(jié)能科技有限公司（以下簡稱華豐環(huán)保）合作，研發(fā)了低溫等離子體廢水處理技術(shù)，利用自行研制的醫(yī)療廢水處理一體機產(chǎn)生臭氧，對喹諾酮類抗生素為代表的諾氟沙星進(jìn)行降解處理。這種處理技術(shù)簡便易行、成本較低且一般不會產(chǎn)生二次污染，目前已成功應(yīng)用于40多個污水處理案例。

與此同時，他們還利用表面增強拉曼光譜分析降解產(chǎn)物，研究了其降解諾氟沙星的效率及機理，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際環(huán)境領(lǐng)域類專業(yè)期刊《光化層（Chemosphere）》上。

無從借鑒，須從基礎(chǔ)研究發(fā)端

“制藥工業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及醫(yī)院排放的污廢水，其成分非常復(fù)雜，不僅包括各種難降解有機物、各類細(xì)菌和病毒，還包含大量的抗生素。這些含有抗生素的廢水，一旦不經(jīng)處理或者處理不達(dá)標(biāo)排放至環(huán)境水體中，就會造成細(xì)菌耐藥性增強，嚴(yán)重影響生態(tài)平衡，同時對人體健康造成潛在威脅和風(fēng)險。”在黃青研究員看來，研發(fā)新的既綠色環(huán)保又高效的抗生素廢水處理技術(shù)和設(shè)備迫在眉睫。

黃青告訴科技日報記者，等離子體是繼固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)，人工取得的方法是兩個電極之間外加高電壓，當(dāng)達(dá)到擊穿電壓時氣體分子被電離產(chǎn)生的混合氣體就是等離子體。雖然放電過程中電子溫度很高，但重離子溫度很低，整個體系呈現(xiàn)低溫狀態(tài)，所以稱為低溫等離子體。

“在特定的條件下我們利用低溫等離子體，可以對抗生素起到較好的分解效果。”黃青說，由于低溫等離子體局部帶電，因此局部有氧化性、還原性，利用這種特性可以對環(huán)境污染進(jìn)行治理。

早在10年前，黃青已在美國研究低溫等離子體對水體的作用這一課題，通過研究他發(fā)現(xiàn)了低溫等離子體可以殺滅藍(lán)藻并降解藻毒素，這一研究成果后來被國內(nèi)外媒體廣泛報道。一個偶然的機會，黃青了解到國內(nèi)水體抗生素超標(biāo)嚴(yán)重，能否用低溫等離子體來降解抗生素、為水環(huán)境治理做點事呢？

由于低溫等離子體作用方式和產(chǎn)生物質(zhì)的成分比較復(fù)雜，要做成能夠使用的技術(shù)，一切都無從借鑒，必須從基礎(chǔ)的研發(fā)開始起步。

“嚴(yán)格來說，從原理到技術(shù)，我們開展等離子體處理污染物的研究已經(jīng)超過10年了。從2008年起，我就帶領(lǐng)課題組開展利用等離子體產(chǎn)生各種活性成分以及對各種分子作用機制的研究。我們從2016年開始和企業(yè)合作，研發(fā)有關(guān)水體有機污染物處理的等離子體技術(shù)，這一階段也有三、四年了。”黃青告訴記者，他們提出了利用低溫等離子體技術(shù)處理降解諾氟沙星的方案，并且發(fā)現(xiàn)處理過程中臭氧降解作用效果明顯。為此，他們還進(jìn)一步研究了臭氧對諾氟沙星的降解機理。目前發(fā)現(xiàn)，低溫等離子體對分解水中常見的抗生素如諾氟沙星、土霉素、四環(huán)素、金霉素、強力霉素等均有較好效果。

此前，將低溫等離子體技術(shù)應(yīng)用于水污染治理，國內(nèi)外僅有高校和科研機構(gòu)進(jìn)行小試階段的報道。“但做出成套設(shè)備成熟應(yīng)用于多個水污染治理項目，我們和合作企業(yè)可以說是走在了前列。”黃青說。

通力合作，新產(chǎn)品蘊藏大潛力

“這項技術(shù)從研發(fā)到轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品，一路走來克服了多重困難。”黃青告訴記者，由于等離子體作用方式和機理復(fù)雜，對于不同物質(zhì)處理的作用方式和機理可能都有所不同，所以需要開展機理方面的基礎(chǔ)研究。“而這對于企業(yè)而言，風(fēng)險和周期長是不言而喻的。”黃青說，產(chǎn)品研發(fā)過程中，那些實驗室容易攻克的問題，在變成產(chǎn)品時卻難以繞開。低溫等離子體是一種高級氧化技術(shù)，但是，在適當(dāng)條件下，它的作用既有氧化性又有還原性，針對不同物質(zhì)的處理，需要研究各種作用方式和相關(guān)機理。在實用性方面，既要考慮和解決能耗問題，又要做成產(chǎn)品推向?qū)嵱?，因此，技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化必須和企業(yè)合作。

“在成果轉(zhuǎn)化的過程中，我們的合作企業(yè)華豐環(huán)保給予了大力支持，解決了產(chǎn)品開發(fā)中的許多問題。”黃青說，特別是研發(fā)具體儀器產(chǎn)品的階段，合作企業(yè)能夠發(fā)揮產(chǎn)品生產(chǎn)的優(yōu)勢，多方面助力，與研究團(tuán)隊相向而行，使得諸多困難得以克服，取得了現(xiàn)在的成果。

“這項技術(shù)主要優(yōu)點是不需添加任何藥劑、一般不會造成二次污染、簡便易行、成本較低，而且它還是一種復(fù)合處理技術(shù)，有處理多種物質(zhì)的能力和潛力。”黃青表示，該技術(shù)的分解效率取決于抗生素殘留的初始濃度和作用時間，根據(jù)情況選擇條件，一般達(dá)到70%—90%即可；在一般情況下適當(dāng)使用該技術(shù)，不會產(chǎn)生二次污染和環(huán)境危害。“而且成本不高，設(shè)備成本跟傳統(tǒng)水處理設(shè)備相比差不多，甚至還要略低一點，運營成本則比傳統(tǒng)水處理設(shè)備還要低20%—30%，一般企業(yè)都能負(fù)擔(dān)得起。”

推廣應(yīng)用，水體清潔度將提高

黃青告訴記者，抗生素主要有三大來源：醫(yī)療廢水、養(yǎng)殖廢水和抗生素制藥企業(yè)的廢水。研究團(tuán)隊與企業(yè)共同研發(fā)的“等離子體污水處理一體機”目前已經(jīng)面市，對降解醫(yī)療廢水、養(yǎng)殖廢水、抗生素制藥企業(yè)廢水、生活污水等水體抗生素都取得了較好的效果。“等離子體生物技術(shù)”已入選《安徽省水污染物防治技術(shù)指導(dǎo)目錄》 。

“這項技術(shù)成果主要推廣應(yīng)用的是醫(yī)療廢水處理領(lǐng)域，如合肥市20多家醫(yī)院、六安市20多家醫(yī)院、宿州市5家醫(yī)院，共計40多家醫(yī)院的醫(yī)療廢水處理工程均采用了本技術(shù)。”黃青說，從掌握的運行數(shù)據(jù)看，出水達(dá)標(biāo)排放，運營穩(wěn)定。

“目前，美國和歐洲的水體抗生素殘留值低于100納克每升，而我國東南部很多地區(qū)水體的抗生素殘留值已經(jīng)超過200納克每升。”黃青說，隨著這項技術(shù)的推廣應(yīng)用，再與限制使用抗生素等措施進(jìn)行配合，將可以大大降低未來環(huán)境中的抗生素殘留，有望在5—10年時間，將我國水體抗生素殘留值降到歐美發(fā)達(dá)國家目前的水平。（記者 吳長鋒）