地表水中PPCPs 的賦存特征、來(lái)源及潛在風(fēng)險(xiǎn)研究

袁杰 高遠(yuǎn) 王浩森 祝雷 趙華珒

（1. 江蘇圣泰環(huán)境科技股份有限公司，江蘇南京 210042；2. 生態(tài)環(huán)境部南京環(huán)境科學(xué)研究所，江蘇南京210042；3. 中國(guó)藥科大學(xué)，江蘇南京 210042；4. 河海大學(xué)，江蘇南京 210042；5. 沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧沈陽(yáng) 110179）

1 引言

藥物和個(gè)人護(hù)理品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）包括人類和獸用藥物以及個(gè)人護(hù)理品［1］，最常見的為消炎藥、止痛藥、抗生素、β-受體阻滯劑、抗抑郁藥、血脂調(diào)節(jié)劑以及常見的個(gè)人護(hù)理品，諸如香料、人工合成麝香、遮光劑、抗菌劑、驅(qū)蟲劑、染發(fā)劑等，該類物質(zhì)具有含量低、生物累積性、難被生物降解等特性［2］。

PPCPs 難以被常規(guī)污水處理工藝徹底去除，因此會(huì)通過不同途徑持續(xù)地排入受納水體中，導(dǎo)致PPCPs 在自然水體中呈現(xiàn)一種“假持久性”的存在狀態(tài)［3］。研究表明，多種PPCPs 對(duì)藻類、水蚤、魚類等水生生物具有一定的急性毒性，在實(shí)際的環(huán)境濃度下，其對(duì)水生生物的慢性毒性也不容忽視［4］，并且可能會(huì)沿食物鏈進(jìn)行傳遞和生物富集，對(duì)人類健康造成潛在危害。

目前，各國(guó)學(xué)者已在不同的地表水環(huán)境中檢測(cè)到PPCPs，并對(duì)其產(chǎn)生的潛在危害開展了廣泛的毒理學(xué)研究。本文綜述了近幾年國(guó)內(nèi)外地表水環(huán)境中PPCPs 的賦存狀況，同時(shí)分析了其主要污染來(lái)源和潛在風(fēng)險(xiǎn)，以期加強(qiáng)人們對(duì)PPCPs 的風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)，同時(shí)能為進(jìn)一步開展PPCPs 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染控制等研究提供參考依據(jù)。

2 賦存特征

2.1 河流

河流是地表水體系的重要組成部分，國(guó)內(nèi)外部分河流水體中PPCPs 的賦存現(xiàn)狀見表1。依據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，國(guó)內(nèi)外的許多河流中已檢測(cè)到多種PPCPs，濃度范圍在0～31 380 ng/L 之間。

表1 國(guó)內(nèi)外河流中PPCPs 的賦存特征ng/L

2.2 湖泊、水庫(kù)等

湖泊和水庫(kù)是地球上重要的淡水資源來(lái)源。相關(guān)研究表明，國(guó)內(nèi)外多個(gè)地區(qū)的湖泊與水庫(kù)水體中均有PPCPs 檢出，見表2。

表2 國(guó)內(nèi)外湖泊和水庫(kù)中PPCPs 的賦存特征ng/L

張芹等［19］對(duì)駱馬湖水體中PPCPs 的賦存特征研究表明，駱馬湖中有23 種PPCPs 檢出，總濃度范圍為892～1 536 ng/L。張盼偉等［6］的研究發(fā)現(xiàn)，北京城區(qū)湖泊中檢測(cè)出了多種PPCPs，總濃度范圍為0～252 ng/L，檢出率為0～100 %。官?gòu)d水庫(kù)地表水中，在所有采樣點(diǎn)均檢出了對(duì)乙酰氨基酚、咖啡因、金霉素和氧氟沙星［8］。美國(guó)中西部的4 個(gè)國(guó)家公園湖泊中PPCPs 的檢出濃度范圍為10.1～2 790 ng/L。巴西的LoBo水庫(kù)中，PPCPs 的總量范圍為420～1 192 390 ng/L，其中對(duì)羥基苯甲酸酯濃度最高，為1 192 390 ng/L［25］。對(duì)比表1 和表2，PPCPs 在河流中的濃度略高于湖泊和水庫(kù)。

3 主要污染來(lái)源

PPCPs 可以通過多種途徑進(jìn)入水環(huán)境，其中大部分途徑都與人類的生產(chǎn)生活密切相關(guān)，如人類服用的抗生素和止痛劑，植物所用的除草劑和殺蟲劑等都是PPCPs 在環(huán)境中的主要污染來(lái)源［29］。據(jù)報(bào)道，我國(guó)每年抗生素原材料的用量約為180 000 t，人均年用量約為138 g［30］，但這些藥物進(jìn)入人體或動(dòng)物體內(nèi)之后，只有少量被吸收，大部分以代謝產(chǎn)物或母體的形式隨著污水系統(tǒng)排入環(huán)境中。除了藥物，個(gè)人護(hù)理品也是PPCPs 的重要組成部分，包括人類日常生活中所使用的香皂、洗發(fā)水、化妝品、沐浴露、染發(fā)劑等，通過沐浴、洗漱等多種途徑排放到水環(huán)境中。與藥物相比，個(gè)人護(hù)理品的排放途徑更多、更直接，排放量更大［31］。

一般而言，PPCPs 進(jìn)入自然水體的主要途徑包括城市污水處理廠、再生水廠、醫(yī)院、垃圾填埋場(chǎng)、水產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)。

3.1 城市污水處理廠和再生水廠

一般認(rèn)為，城市污水處理廠中PPCPs 主要來(lái)源有工廠和醫(yī)院的廢水排放、家庭日常使用和人體排泄［32］。由于PPCPs 的可生化性較差，PPCPs 隨著工廠廢水、醫(yī)院廢水以及生活污水進(jìn)入污水處理廠后，難以被充分降解，降解殘留物隨出水排入河流、湖泊等地表水中。使用污水處理廠出水灌溉農(nóng)田也會(huì)導(dǎo)致土壤和地下水的污染，部分PPCPs 甚至可能進(jìn)入飲用水水源地造成飲用水污染［33］。梅雪冰等［34］的研究發(fā)現(xiàn)，北京北運(yùn)河和上海黃浦江中咖啡因與卡馬西平的比值介于城市污水處理廠進(jìn)水與出水之間，表明城鎮(zhèn)污水排水是該地區(qū)地表水中PPCPs 的主要來(lái)源。劉遠(yuǎn)［35］研究了中國(guó)北方10 個(gè)省份的12 個(gè)污水處理廠進(jìn)出水PPCPs 的濃度差，結(jié)果表明，污水處理廠出水中PPCPs 的總濃度范圍在1 652.7～18 949.9 ng/L，有6 種PPCPs 的平均濃度超過了200 ng/L；同時(shí)，其還研究了抗生素在各個(gè)工藝中的去除率，結(jié)果顯示，抗生素主要在膜過濾工藝中被去除，非膜工藝去除率較低，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的去除率僅為12.1%～68.5%。李輝等［3］在南京長(zhǎng)江段17 個(gè)采樣點(diǎn)中共檢出8 種喹諾酮類抗生素，城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)有工藝對(duì)喹諾酮類抗生素的去除效果并不明顯，導(dǎo)致水體中喹諾酮類抗生素含量普遍偏高。

3.2 醫(yī)院

醫(yī)院是藥物和個(gè)人護(hù)理品的主要使用場(chǎng)所，醫(yī)院人員密集，人口流動(dòng)性大，個(gè)人護(hù)理品使用頻率和使用量遠(yuǎn)高于其他地區(qū)［36］；而藥品使用后的殘留，過期、滲漏的廢棄藥品的無(wú)組織排放以及回收不規(guī)范，都會(huì)導(dǎo)致醫(yī)院出水中PPCPs 濃度升高［37］。同時(shí)，病人的排泄物中常含有高濃度藥品，導(dǎo)致醫(yī)院出水中PPCPs 濃度升高。有研究表明，日本醫(yī)院污水中的抗菌藥物、抗腫瘤藥物和X 射線造影劑對(duì)河水的PPCPs 濃度貢獻(xiàn)率為32%～60%［37］。

3.3 垃圾填埋場(chǎng)

我國(guó)對(duì)PPCPs 的研究起步相對(duì)較晚，目前研究大多集中在污水處理廠，而有關(guān)垃圾填埋場(chǎng)滲濾液中PPCPs 的研究還較為有限。由于回收管理體制尚不健全，大量使用過或過期的PPCPs 最終排入垃圾填埋場(chǎng)，這些PPCPs 經(jīng)過雨水、廢棄物中的游離水、有機(jī)物分解產(chǎn)生的水以及地表和地下徑流等的淋濾，和其他污染物一同被浸出，形成成分復(fù)雜且濃度極高的垃圾滲濾液［38］，對(duì)土壤環(huán)境、水環(huán)境和公共健康造成極大的潛在危害。

目前城市垃圾主要采取填埋法處理，而垃圾填埋場(chǎng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的雨水淋洗、地殼運(yùn)動(dòng)后，容易造成防護(hù)層產(chǎn)生裂痕，導(dǎo)致垃圾滲濾液的下滲。Yu 等［23］的研究表明，水體中PPCPs 的濃度隨著與垃圾填埋場(chǎng)距離的增加而降低，其組分也與未經(jīng)處理的垃圾滲濾液相似，表明原滲濾液對(duì)附近水體的PPCPs 污染有相當(dāng)大的影響。

3.4 水產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖場(chǎng)

水產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖中常使用大量獸藥預(yù)防疾病，如水產(chǎn)養(yǎng)殖中施加大量抗生素、畜牧養(yǎng)殖中在飼料中人為添加用于預(yù)防和治療動(dòng)物疾病的抗生素和殺菌劑等。但這些藥物在動(dòng)物體內(nèi)的代謝效率并不高，大部分隨動(dòng)物糞尿被排出體外，造成養(yǎng)殖廢水和畜禽排泄物中含有各種藥物成分。這些廢水和排泄物持續(xù)輸入到環(huán)境中，不僅對(duì)生物的生長(zhǎng)代謝造成負(fù)面影響，還會(huì)誘導(dǎo)諸如抗生素抗性基因的產(chǎn)生，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康危害不容忽視［39］。由于水產(chǎn)和畜牧養(yǎng)殖多分布在農(nóng)村地區(qū)，養(yǎng)殖業(yè)PPCPs 濫用情況普遍，此外，由于污水處理設(shè)施和污水管道建設(shè)不完善，同時(shí)缺乏科學(xué)指導(dǎo)和有效的市場(chǎng)監(jiān)管，造成自然水體中PPCPs 的不斷積累。Zhao［40］的研究表明，規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)的豬糞和牛糞中土霉素（一種四環(huán)素類抗生素）的檢出含量分別為59.00，59.59 mg/kg，雞糞中諾氟沙星和環(huán)丙沙星（兩種廣譜抗生素）的檢出濃度分別為225.45，45.59 mg/kg。Yang 等［41］等研究我國(guó)渤海海灣中PPCPs 分布情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，所考察海域中抗生素的來(lái)源主要有入海河流及附近水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)排放的廢水。

4 環(huán)境潛在風(fēng)險(xiǎn)

雖然PPCPs 在自然水環(huán)境中的濃度相對(duì)較低，但其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)及人類健康的潛在危害不容忽視。隨著PPCPs 在自然水環(huán)境中被頻繁檢出，針對(duì)其危害的研究也越來(lái)越多。根據(jù)已有文獻(xiàn)報(bào)道，自然水環(huán)境中藥物和個(gè)人護(hù)理品的危害可總結(jié)為3 個(gè)方面，即生物毒性、誘導(dǎo)抗藥菌或抗藥基因、生態(tài)安全［4］。

4.1 生物毒性

PPCPs 對(duì)于某些生物，特別是微生物具有抑制生長(zhǎng)發(fā)育的作用，因此近年來(lái)研究人員就部分PPCPs 對(duì)細(xì)菌、真菌和微藻等微生物的生態(tài)毒性進(jìn)行了廣泛的研究。目前已有諸多研究表明，自然水環(huán)境中的抗生素對(duì)某些生物具有毒性作用，從而影響其正常生長(zhǎng)或繁殖。如有研究表明，裸藻經(jīng)過濃度為0.5～1.0 mg/L 的三氯生染毒48 h 后，細(xì)胞存活率僅10%，且體型變小，細(xì)胞內(nèi)葉綠體個(gè)數(shù)減少［42］。Hamid 等［43］研究表明，PPCPs 慢性暴露可通過干擾斑馬魚的糖類和脂質(zhì)代謝通路導(dǎo)致代謝紊亂，造成腸道功能紊亂、組織學(xué)病變、發(fā)育毒性等后果。

此外，值得注意的是，目前針對(duì)PPCPs 類污染物的毒性研究或風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常是針對(duì)單一化合物開展，然而在實(shí)際水環(huán)境中，PPCPs 通常是以多種化合物混合共存的形式存在，協(xié)同作用可能導(dǎo)致更強(qiáng)的毒性［44］。

4.2 誘導(dǎo)抗藥菌或抗藥基因

自然水環(huán)境中的PPCPs 能夠誘導(dǎo)抗藥菌或抗藥基因的產(chǎn)生，一些微生物在PPCPs 的刺激下會(huì)發(fā)生基因突變或傳代變化從而產(chǎn)生耐藥性，增加環(huán)境中抗性基因的豐度，擾亂生態(tài)平衡并威脅人類健康。

4.3 生態(tài)安全

PPCPs 類污染物具有一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。目前有關(guān)PPCPs 對(duì)植物生態(tài)毒性的研究較為有限，有研究表明，抗生素一般在植物根部蓄積，這可能是抗生素能降低葉綠體和酶的活性，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)的原因［45］。PPCPs 對(duì)動(dòng)物和人類也具有生態(tài)毒性作用，多種PPCPs 排入環(huán)境后可能會(huì)在生物體內(nèi)富集，從而威脅人類的健康。

5 結(jié)語(yǔ)

PPCPs 這類新興污染物在我們賴以生存的環(huán)境中已普遍存在，許多國(guó)家和地區(qū)的自然水體都受到了PPCPs 不同程度的污染。本文簡(jiǎn)要介紹了地表水中PPCPs 類污染物的賦存特征、來(lái)源及潛在風(fēng)險(xiǎn)。一方面，PPCPs 在河流中的檢出頻率和濃度略高于湖泊和水庫(kù)，這可能是人類活動(dòng)以及污水排入河流中較其他水體更頻繁所致。另一方面，我國(guó)部分河流、湖泊和水庫(kù)中PPCPs 濃度較高，當(dāng)前，應(yīng)該積極開展針對(duì)環(huán)境中殘留PPCPs 的調(diào)查研究工作，了解其在環(huán)境中的賦存種類和濃度水平，并為后續(xù)研究和風(fēng)險(xiǎn)管控提供依據(jù)。

污水處理廠出水是自然水環(huán)境中PPCPs 的重要來(lái)源之一，而污水處理廠對(duì)PPCPs 的去除率與其自身物理化學(xué)性質(zhì)以及污水處理工藝有關(guān)。未來(lái)針對(duì)該方向的研究可以從如下幾方面進(jìn)行：加強(qiáng)對(duì)環(huán)境中多種PPCPs 復(fù)合毒性效應(yīng)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究；加強(qiáng)PPCPs 在多介質(zhì)環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化研究；加強(qiáng)針對(duì)污水處理廠出水中PPCPs 等新興污染物減排控制優(yōu)勢(shì)工藝研究；加強(qiáng)PPCPs 在飲用水水源及自來(lái)水中的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究。