مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات آنتی‌بیوتیک‌ها در آب آشامیدنی

• منابع ورود:

  • مصرف انسانی و دام‌پروری → دفع مقادیر فعال در پساب فاضلاب شهری و کشاورزی

  • نشت از تصفیه‌خانه‌های ناکارا و آب‌بندان‌های فاضلاب

• گونه‌های مهم:

  • بتا‑لاکتام‌ها (پنی‌سیلین‌ها، سفالوسپورین‌ها)

  • تتراسایکلین‌ها

  • ماکرولیدها (اریترومایسین، آزیترومایسین)

  • کوینولون‌ها (سیپروفلوکساسین)

  • سولفاها (سولفامتوکسازول)

• اثرات زیان‌بار بر سلامتی:

  • مقاومت آنتی‌بیوتیکی: ایجاد و گسترش ژن‌های مقاومت (ARG) در باکتری‌های بیماری‌زا

  • اختلال میکروبیوم انسان: مصرف طولانی‌مدت آب حاوی آنتی‌بیوتیک یعنی اختلال فلور نرمال روده

  • سمیتیسیته مستقیم: در غلظت‌های بالا (> mg/L) می‌تواند موجب آلرژی یا سمیت حاد کلیوی–کبدی شود

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف

1. بیورمدیشن پیش‌رفته

   • راکتورهای MBBR یا MBR با باکتری‌های تخریب‌کننده‌ٔ خاص (Pseudomonas, Bacillus)

   • افزودن co‑substrate (متانول، اتانول) برای افزایش سرعت هضم آلی

2. جذب سطحی (Adsorption)

   • کربن فعال گرانول (GAC): حذف کلی طیف وسیع آنتی‌بیوتیک‌ها تا 60–95 ٪

   • بیوچار اصلاح‌شده با آهن یا روی: جذب قوی کفایت تکمیلی برای آنزیم‌ها

3. اکسیداسیون پیشرفته (AOPs)

   • UV/H₂O₂ یا O₃/H₂O₂: تولید رادیکال‌های هیدروکسیل → تخریب اسکلت آلی

   • فنتون (Fe²⁺/H₂O₂) در pH 3–5 برای دگرگونی سریع

4. فرآیندهای غشایی

   • اسمز معکوس (RO): حذف > ۹۵ ٪ انواع آنتی‌بیوتیک

   • نانوفیلتراسیون (NF): حذف ۷۰–۸۵ ٪ با عمر ممبران طولانی

5. تبادل یونی

   • رزین‌های آنیونی (گروه QUAT) برای حذف سولفاها و کوینولون‌ها

6. زئولیت‌ها و لیگندهای مولکولی

   • ساختارهای MIP برای جذب گزینشی داروهای خاص

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. LC–MS/MS

   • استاندارد طلایی برای شناسایی و کمی‌سازی چندگانه تا نانوگرم‌برلیتر

2. HPLC–UV/FLD

   • برای تتراسایکلین‌ها و ماکرولیدها با مشتق‌سازی فلورسانت

3. Bioassays باکتریایی (Kirby‑Bauer, MIC Reduction)

   • سنجش اثر ضدباکتری در نمونه پس از کنسانتره‌سازی

4. ELISA Kits

   • کیت‌های تجاری برای سولفاها و کوینولون‌ها: حد تشخیص ~ ng/L

5. اتصالات آنیونی-کروماتوگرافی (IC) + MS

   • مناسب برای داروهای یونی و متابولیت‌های قطبی

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم:

  • اغلب آنتی‌بیوتیک‌ها بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ در غلظت‌های بالا ممکن است طعم تلخ یا شیمیایی خفیف حس شود، اما غیرقابل‌اتکا.

• رنگ و کدورت:

  • آب آلوده به داروها معمولاً شفاف و بی‌رنگ است.

• آزمون رسوب یا کدورت با واکنش‌دهنده‌ها

  • افزودن معرف‌هایی مانند FeCl₃ (برای تتراسایکلین) یا NaOH (برای سفالوسپورین) می‌تواند رسوب رنگی کمّی‌نشده ایجاد کند.

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. نوارهای تست میدانی (Test Strips)

   • مبتنی بر آنتی‌بادی اختصاصی یا MIP: تغییر رنگ نیمه‌کمی در محدوده µg/L

2. µPADs (Microfluidic Paper‑Based Devices)

   • واکنش رنگ‌سنجی آنزیمی (β‑لاکتاماز) + خوانش موبایلی

3. سنسورهای الکتروشیمیایی

   • الکترودهای پوشش‌دار با آنزیم یا Aptamer: پاسخ جریان یا پتانسیل

4. Passive Samplers (POCIS)

   • رزین PES یا HLB جذب پیوسته داروها در دوره‌های ۷–۱۴ روزه → آنالیز LC–MS/MS

5. PCR/qPCR برای ژن‌های مقاومت (ARGs)

   • پایش همزمان ژن‌های bla, sul, qnr به‌عنوان شاخص بار زیستی

۶. علائم و نشانه‌های محیطی

• مقاومت آنتی‌بیوتیکی محیطی (AMR Hotspots)

  • افزایش ژن‌های ARG در میکروبیوم رسوبات رودخانه‌ها و شبکه کانال‌های شهری

• اثر بر آبزیان

  • تغییر رفتار و کاهش بقای Daphnia magna و ماهیان جوان

  • اختلال در فلور میکروبیوم روده ماهی‌ها و بی‌مهرگان

• نمایه‌های شیمیایی

  • افزایش نسبت سولفامتوکسازول/ترامادول به‌عنوان نشانگر مصرف انسانی

  • همبستگی مثبت بین TOC و بار دارویی در آب زیرزمینی کشاورزی

• شاخص‌های بیوشیمیایی

  • فعالیت ↑ آنزیم‌های مقاومتی (β‑لاکتاماز) در نمونه‌های بافتی آبزیان

جمع‌بندی مهندسی:
با توجه به پیچیدگی طیف آنتی‌بیوتیک‌ها و خطر بالا برای AMR، باید پایش منظم با LC–MS/MS + bioassays + PCR ARG و استفاده از سامانه‌های ترکیبی «بیورمدیشن پیشرفته + AOP + Adsorption + RO + تبادل یونی» برای حذف مؤثر از آب آشامیدنی به‌کار گرفته شود. در میدانی می‌توان از nanosensors, test strips, µPADs و Passive Samplers برای غربالگری اولیه استفاده و نمونه‌های مشکوک را برای تأیید به آزمایشگاه ارسال کرد.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب