水環境中典型抗抑郁藥物的分布與去除現狀

李 娜，呂 娟

（上海理工大學 環境與建筑學院，上海 200093）

抑郁癥已成為現代社會的常見精神疾病。據世界衛生組織統計，全球抑郁癥發病率約為11%，抑郁癥患病人數多達1.2億。抗抑郁藥物多用于治療抑郁癥、恐慌癥、睡眠失調等精神類疾病［1］。抑郁癥服藥周期相對其他疾病而言較長，更加劇了抗抑郁類藥物消耗量的逐年增多［2-3］。2013年全球抗抑郁癥用藥銷售量總額達95億美元［4］。2012年，國內22個城市樣本醫院抗抑郁藥銷售額已達10億元，比上一年增長22.54%［4］。抗抑郁藥物被人體攝入后，僅有部分被吸收利用，大部分經代謝后仍以其母體或具有藥物活性的代謝產物（活性代謝產物）形式排出體外，隨污水排放進入污水處理廠和水環境［5-6］。抗抑郁類藥物不但會導致魚類、軟體動物等的胚胎異常發育［2］，還具有干擾人類內分泌系統等毒理效應，并可能誘發環境菌群產生抗藥性而破壞生態平衡［7-8］。可見，抗抑郁類藥物對于環境和人類健康產生的危害不容忽視。因此，有必要研究典型抗抑郁藥物在水環境中的分布現狀及去除情況。

1 抗抑郁藥物簡介

抗抑郁藥物按照結構和功能可分為不同種類，其中5-羥色胺再攝取抑制劑（SSRI）和5-羥色胺和去甲腎上腺素再吸收抑制劑（SNRIS）由于具有療效好、安全性高等優點而占據臨床應用的主導地位［9-11］。2002年SSRI在美國地表水中初次檢出［12］，隨后的調查證實SSRI和SNRIS及其活性代謝產物在水環境中的檢出頻次、濃度都明顯高于其他抗抑郁藥物［13-14］。據統計，西酞普蘭、文拉法辛分別是SSRI和SNRIS中使用最為普遍的［11-15］。而且無論是在地表水還是污水處理廠中，西酞普蘭和文拉法辛的檢測濃度都高于其他抗抑郁藥物。以西酞普蘭為例，印度地表水和井水中的西酞普蘭的質量濃度分別高達2 000～8 000 ng·L-1、76～1 400 ng·L-1［16］。Schwabe等［15］調查美國明尼蘇達24座污水處理廠時發現，西酞普蘭的檢出率均為100%，其質量濃度為（200 ± 140） ng·L-1。而文拉法辛的質量濃度則高達（1 900 ± 1 400） ng·L-1。本文以西酞普蘭和文拉法辛為例進行探究。

1.1 理化性質

西酞普蘭（C20H21FN2O）、文拉法辛（C17H27NO2）的化學結構式如圖1所示。

圖1 西酞普蘭、文拉法辛分子式Fig.1 Molecular formula of citalopram and venlafaxine

西酞普蘭和文拉法辛具有較低的辛醇水分配系數（lgKow分別為1.39和3.28），屬于親水性物質，同時具有較低的亨利系數，不易揮發也不易被生物富集和顆粒吸附，但易通過土壤進入地下水體［2,15］。此外，由于其性質穩定難以在水環境中發生水解和光解［17］，因而穩定存在于水體中。

1.2 來源及分布現狀

和其他藥物一樣，生活污水是水體中抗抑郁藥物的主要來源［5］。醫院、護理中心等醫療機構排放的污水也含有較高濃度的抗抑郁藥物［18］。此外，制藥廠排出的廢水也是潛在的高濃度抗抑郁類藥物的來源［19］。此類藥物及其活性代謝產物通過污水處理廠的出水或者污泥的處理、處置進入環境中，并且會影響水生及陸生動物的新陳代謝［20］。表1為水環境中典型的抗抑郁類藥物的質量濃度，其中ND表示未檢出。

多個國家的研究顯示，無論是在地表水還是在污水處理廠，甚至在自來水中均已檢出抗抑郁藥物及其活性代謝產物，其檢出濃度最高可達μg·L-1，而污水處理廠則是水環境中抗抑郁藥物及其活動代謝產物的主要來源之一［15,21-22］。例如，Hailing-S?rensen 等［16］在歐洲表層水體中檢測到西酞普蘭和文拉法辛。此外，在河流沉積物、魚體內也檢測出常見的抗抑郁藥物［5,23］。研究［11,24］表明，抗抑郁類藥物對水生生物具有生物毒性，尤其對貝類等無脊椎動物的胚胎發育和繁殖具有抑制作用。

不難看出，無論是地表水還是污水處理廠進、出水，西酞普蘭和文拉法辛的濃度都明顯高于其他抗抑郁類藥物。此外，Fernández 等［25］還檢測出某些抑郁類藥物的濃度不會隨著季節的更替而變化，這也驗證了抗抑郁類藥物可以在環境中持續存在。因此，研究抗抑郁藥物的去除現狀及其降解情況具有重要的意義。

表1 水環境中典型的抗抑郁類藥物質量濃度Tab.1 Concentrations of typical antidepressant pharmaceuticals in the aquatic environment

2 抗抑郁類藥物的去除現狀

2.1 抗抑郁藥物在污水處理廠的去除

通過對污水處理廠西酞普蘭、文拉法辛的去除情況的調查研究發現，抗抑郁藥物在污水處理廠的去除主要依靠生物降解，活性污泥和顆粒的吸附作用。其中生物降解主要包括氧化、水解、去甲基作用。蒸發所造成的損失可以忽略不計［2］。Lester等［28］采用活性污泥法處理醫藥廢水，結果表明西酞普蘭、文拉法辛的去除率均低于5%。Yuan等［29］考察了北京3座污水處理廠對精神藥物的去除情況，發現出水中的西酞普蘭甚至高于進水濃度。經調查發現，這是因為不同污水處理廠進行生物處理時，由于微生物酶的作用發生了酶降解，從而導致藥物出現負遷移。Lajeunesse等［30］則指出西酞普蘭、文拉法辛在污水處理廠的去除率分別為3.5%～48%、7.8%～39%。同時發現一級處理對抗抑郁藥物的去除率比二級處理的低。一級處理主要是基于化學吸附作用，二級處理是基于生物降解與活性污泥的吸附作用。而抗抑郁藥物由于吸附系數小，因此不易被生物吸附［30］。由此可知，盡管不同污水處理廠抗抑郁藥物的去除效果有所不同，但可以肯定的是，西酞普蘭、文拉法辛難以被傳統的污水生物處理工藝有效去除，其將繼續存在于后續的污水消毒過程中。

2.2 高級氧化技術對抗抑郁藥物的降解

鑒于常規的活性污泥法并不能徹底降解抗抑郁藥物，學者們進一步研究了高級氧化技術對抗抑郁藥物的降解。

臭氧由于具有強氧化性而被廣泛用于污水深度處理以及水處理的消毒中。Lester等［28］研究了臭氧對文拉法辛的去除作用，結果表明，當臭氧與溶解性有機碳質量比率為0.87且pH為7時，去除率可達98%；pH減小到5時，去除率下降。H?rsing等［31］使用臭氧降解西酞普蘭，在30 min內西酞普蘭去除率可達80%，而使用臭氧和二氧化氯聯合處理，當臭氧劑量為0.1 mg·L-1時，西酞普蘭去除率可達90%以上。學者們通過質譜分析檢測出臭氧降解西酞普蘭的五種產物，其中去甲基-西酞普蘭（C19H20N2OF）和西酞普蘭-氮氧（C20H22N2O2F）在以前被認定為人類攝入后產生的活性代謝產物，其他三種產物分別是羥基二甲氨基側鏈衍生物、丁內酯衍生物和脫氟的西酞普蘭衍生物［28］。而這些產物與它們的母體化合物相比，毒性可能更大。Lester等［28］檢測到一種臭氧氧化文拉法辛的產物文拉法辛-氮氧（C16H26NO2），他推測其是氧傳輸機制的產物。而由于丁醇的加入大大降低了產物的形成速率，因此另外一種產物未被檢測到。Rúa-Gómez等［32］檢測到文拉法辛的主要活性代謝產物為O-去甲基文拉法辛，它是母體化合物的去甲基形式。不難看出，臭氧對于抗抑郁藥物具有較高的去除率，且降解效果受水質等多種因素的影響，降解機理也不明確。

而和臭氧相比，二氧化氯與抗抑郁藥物的反應速率低于臭氧［33］。H?rsing 等［31］研究了二氧化氯對西酞普蘭的去除效果，結果表明：當二氧化氯質量濃度為21 μg·L-1時，去除率為40%；當二氧化氯質量濃度增加至0.11 mg·L-1時，去除率高達95%。同時指出二氧化氯氧化西酞普蘭的產物和臭氧降解西酞普蘭時相同。

H?rsing 等［31］還考察了紫外線對西酞普蘭的降解效果，結果發現：紫外輻射7 min后，西酞普蘭的降解效率高達92%；輻射30 min后，西酞普蘭可被完全去除。然而并未檢測出其中的降解產物。Rúa-Gómez等［32］指出間接光解是地表水中抗抑郁藥物降解的主要途徑，直接光解和生物降解的速率很低，地表水中的NO3-會引發紫外線產生間接光解作用，從而促進文拉法辛的降解。安娜［34］發現西酞普蘭和文拉法辛在腐殖酸和富里酸存在條件下均可發生間接光解，腐殖酸和富里酸均能促進文拉法辛的光解，而腐殖酸則會抑制西酞普蘭的光解。Santoke等［35］也證實了河道水中的腐植酸可通過間接光解產生·OH，促進文拉法辛的分解。他認為在光解過程中·OH起主要作用，同時指出溶解性有機物的存在似乎不影響反應速率。綜上，紫外光對于抗抑郁藥物有較好的去除效果，但降解效果易受到水質影響，且降解產物尚未確定。

芬頓（Fenton）試劑對西酞普蘭的去除效果與紫外氧化相似，其對西酞普蘭的去除率可達90%，但同樣未檢測出降解產物。推測其原因為芬頓試劑和紫外線都是非選擇性的氧化劑，產物有可能被快速地降解［31］。而類芬頓反應對西酞普蘭、文拉法辛的去除率可分別達95%、98%以上［36］。可見，高級氧化對抗抑郁類藥物有較高的去除率，降解過程中·OH起著主要的作用，但抗抑郁藥物的降解機理尚不明確。

3 結論與展望

抗抑郁類藥物由于難以在水環境中發生水解和光解，且難以被生物富集和吸附，因而穩定地存在于水體中。關于抗抑郁類藥物的降解，可以肯定的是，傳統的處理工藝難以將其有效地去除，高級氧化技術的去除效果較好，但降解機理不明確。

（1）開展及加強國內水環境中抗抑郁類藥物的研究工作。我國對抗抑郁藥物的研究尚處于起步階段，關于國內水體中抗抑郁藥物的調查研究也鮮有報道。建議針對我國水體中抗抑郁類藥物及其活性代謝產物的分布情況進行調查研究，以明確其對水環境的影響。

（2）加強水體中抗抑郁類藥物降解機理及主要影響降解因素的研究。

（3）關注抗抑郁藥物降解的副產物。典型的抗抑郁藥物多數屬于脂肪胺，其在污水消毒過程中依然存在，是否會生成含氮消毒副產物尚未明確。因此，有必要辨識抗抑郁藥物降解的副產物，保障水質安全。