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專家觀點/抗生素汙染危機…快找解方

2019-02-10 23:57經濟日報 饒宗璇

全球抗生素環境汙染問題嚴重,亟待解決。上(1)月29日,英國新堡大學大衛.葛拉漢教授在公衛及環境的指標期刊《Environmental International》發表研究,分析挪威的斯瓦爾巴群島(Svalbard)40個區域的土壤樣本後,發現在這最接近北極的小島上,微生物群竟帶有113種抗藥基因。

這113種抗藥基因中,甚至包含了2009年才在印度發現的新型超級抗藥基因NDM-1 (New Delhi metallo-β-lactamase 1),NDM-1最早是在8,000公里外新德里的一株超級細菌上發現,對目前常用抗生素皆呈現高抗性,目前在英國每年造成約2,000人死亡。衛生單位甚至估計,若NDM-1持續擴散,30年後將造成全球每年近1,000萬人死亡。顯示全球抗生素汙染環境的情況,遠比想像嚴重。

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環境中的抗生素汙染問題,可歸咎於「使用端」與「供給端」兩個層面,使用端主要是醫療與畜牧養殖業對於抗生素的濫用,而供給端則是醫院的醫療廢棄物與製藥工業的廢水、廢料。

在醫療使用上,自2016年起,世界衛生組織(WHO)已開始對各國進行一級抗生素的使用監測,記錄患者如何及為何使用抗生素,希望藉由監測減少濫用情況。近年,抗生素研發也從過去的廣譜抗生素,轉向對生態破壞較小的窄譜抗生素,而臨床試驗也證實,窄譜抗生素可以達到比廣譜抗生素更好的治療效果。例如,英國Summit Therapeutics的窄譜抗生素(SMT19969),治療困難梭菌感染的復發率只有14.3%,而萬古黴素等廣效性抗生素則平均有34.8的復發率。

針對畜牧養殖方面,歐盟早於2011年就全面禁止抗生素用於食用動物。養豬大國的丹麥甚至立法規定所有動物用抗生素均須獸醫師處方箋才能使用。然而同為肉品生產大國的美國與中國,由於牽涉利益龐大,時至今日,抗生素的使用卻仍是常態。

去年5月,南京舉辦第15屆國際水協會(IWA)水與汙水前沿技術大會(LET),抗生素與微生物的廢水處理更成為各方焦點。由於傳統的廢水處理法的不足,而殘留的抗生素仍足以影響水中生物,加劇抗生素抗藥性問題。因此,如何從環境中有效且廣泛的消除各式抗生素是個迫切議題。

目前廢水的處理可區分為物理法、生物法和化學法。物理法採用多孔性固體,吸附廢水中的汙染物,對不同抗生素的去除率約在50%~95%之間,但是吸附法的通量小且吸附後的固體仍需後續處理,以避免成為新的汙染源。

生物法是利用細菌或生物來降解汙水中的高濃度有機物,但由於抗生素廢水通常對微生物具有毒性且難以分解,須將原液進行大量稀釋再進行處理,而這步驟不僅增加成本,拖長處理時間,更造成水資源的浪費。

化學法中的臭氧法是憑藉臭氧的氧化能力破壞抗生素結構,然而目前臭氧生產的成本過高,生成每公斤臭氧須耗電達20~35度。Fenton法是相對便宜的方法,利用亞鐵離子和過氧化氫在酸性條件下產生出的自由基來破壞抗生素。然而,目前Fenton法需在強酸下作用,且對大多抗生素的去除率也只有70%。

中國每年生產抗生素原料約21萬噸,而所排放的抗生素廢水更高達5000多萬噸。然而過去幾年,幾間大型抗生素生產廠,如華北制藥、 石藥集團 、山東魯抗醫藥 、哈藥等,都曾爆發過違規排放廢水的事件。

抗生素廢水處理,一直是中國重視發展的重點,除加強監管也鼓勵廢水除理技術發展。上月初,中科院孔令濤教授在英國著名化學材料期刊《Nanoscale》中,就發表了一種新型奈米催化劑,讓Fenton法能在中性環境進行,且60分鐘內即可降解溶液中高達91.75%的四環黴素(Tetracycline),這項研究有望大幅提升抗生素廢水處理的效率。

抗藥菌是人類最大的潛在威脅,而處理抗生素的汙染問題已經到了刻不容緩的地步,未來除需更嚴格的使用與廢料處理規範外,高效率、低運轉費用的抗生素廢水處理技術更是必須發展的方向。面對抗生素汙染問題,將須更積極去面對。

(作者是鑽石生技投資研究員)

廢水處理 中科院 挪威
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