创新背景

近几十年来，医疗物品在人类和动物中的使用更加频繁，因此它们的分解产物存在于城市和农业废水中。由于废水处理厂只能将医疗物品的分解产物去除一部分，这些剩余污染物直接连续排放到环境中，有用于灌溉大田作物的，用于灌溉果园的，还有用于农田施肥的。

然而，医疗物质的命运及其对公众健康和环境的影响尚未得到充分了解。大多数医疗材料具有疏水性骨架，具有极性官能团，使其能够溶解在水中，并且它们会随着时间的推移保持结构及其活性。在常见的药物物质组中，抗生素因其对抗生素耐药性的贡献而特别令人担忧，并且已知激素雌激素是可以破坏水生生物内分泌活性（EDC）的物质。

创新过程

近年来，废水污泥一直是水源上方和附近农业土壤有机物的首选肥料来源，从而加剧了潜在污染。药用材料预计将与污泥中的有机物和复杂材料形成复合物，各项研究表明这些药用物质会积累在不同污泥中。

此外，它们也存在于净化处理后的污泥中，甚至在从污水污泥中提取的商业堆肥中，这表明它们稳定性高，并且处理类型污泥的常见工艺无法有效去除这些污染物。含有药用物质的污泥和堆肥应用到农业中会对生态产生污染，也可能会影响到水源。强烈吸附的医用材料倾向于留在土壤的上层并在其中积聚，另一方面，具有弱吸附能力的物质更偏向可移动，并且在到达土壤后可以通过与地表径流的对流接触，穿过它到达地表水源或者渗入地下水的底土中。重要的是即使是划分中被认为不可移动的材料，也可能由于地下的首选流路与DOM的链接而增加其流动性。

该研究的目的是了解常见抗生素四环素（TET）和合成雌激素17α-乙炔雌醇（EE2）在污泥中的积累过程，以及它们的释放潜力。这两种物质代表了通常在医疗中施用的两种不同性质，这两种物质常在污水污泥中或商业堆肥中被发现。这两种材料的不同化学物理性质使得测试污泥中的不同成分产生不同的相互作用。假设是，在各种吸附的废水处理过程中，医疗物质会积聚在污泥中，受到药用物质本身和各种污泥成分的化学物理性质的影响。

为了探究污泥作为吸附剂材料的性质，研究人员从废水处理厂对未经处理的二次污泥进行了取样，从中提取了不同的湿润成分：腐植酸（HA），富里酸（FA）。通过基本分析、酸度官能团电容和FTIR光谱等手段对污泥及其组成进行了表征。随后，以批次形式对用污泥测试的药物物质以及HA进行吸附和释放试验。使用HPLC装置测定溶液中剩余物质的浓度。获得的数据使得构建适应弗罗伊德利希和朗缪尔模型的吸附等温线成为可能。吸附系数、模型获得的不同参数和滞后指数使得药用物质与吸附材料之间的相互作用成为可能。

从污泥中提取的成分具有许多相似的结构特征，但在结构和官能团含量方面彼此不同。HA是最芳香的成分，但它也含有来自构成生物质的微生物的脂肪和蛋白质残留物以及相对较低的酸性官能团容量。人类物质是疏水和椭圆形的成分，其重量的很大一部分是矿物和金属无机物质。FA是污泥中酸性和亲水性最强的成分，与其他成分相比只占固体污泥的一小部分。

创新成果

这项工作的结果表明测试的两种药物与污泥的相互作用不同。抗生素TET每污泥的分配系数（Kd）（1，552±41 - 4，667±41 L / kg）高于激素EE2（534±52 - 609±47 L / kg）。TET在污泥中的吸附表现出较强的pH依赖性，在pH 9时具有最大的吸附力。由于Ca2+离子的存在，pH 9时吸附的增加成为可能，并强调了二价金属离子在与污泥组分形成TET配合物中的重要性。TET吸附污泥的主要成分是人类物质的，这是通过其中无机成分相互作用的结果。

相反，EE2与污泥中的有机物产生疏水性相互作用，并且与pH无关。在这种情况下，由于其化学成分和结构，HA作为吸附的主要成分。这两种物质在释放时的行为也不同。经过三轮发布后，TET释放比例（18.7±1.3 - 29.8±2%）低于EE2（60.6±3 - 62.3±2%），TET滞后指数高于EE2。虽然TET倾向于在固体基质中徘徊，但EE2根据其在溶液中的浓度很容易完全释放。

创新价值

这项研究中得出的结论表明，由于所使用的各种药用物质的化学物理性质之间存在巨大差异，并且需要将污泥视为其在环境中传播的重要来源，因此需要进行进一步研究。该项研究为药物残留的进一步净化提供了理论基础。