饮用水源水中的PPCPs

LOGO饮用水源水中的PPCPs分布及来源分析李超0814020114LOGO简介药品及个人护理用品，全称是PharmaceuticalandPersonalCareProducts,简称PPCPs。随着医药及洗化行业的大规模发展,药品及个人护理用品(PPCPs)的生产和使用量迅猛增长,导致它们在水、土壤和大气环境中均有残留。但直到20世纪90年代末,它们才被看作为一大类环境污染物而被广泛关注。由于PPCPs被持续不断地输入环境,它们在环境中的残留浓度呈上升趋势,并逐渐显现出对微生物以及动植物的生态毒性,对人类也具有潜在的生态风险。PPCPs包括各种各样的化学物质，例如各种处方药和非处方药(如抗生素、类固醇、消炎药、镇静剂、抗癫痫药、显影剂、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药等)、香料、化妆品、遮光剂、染发剂等。PPCPs及其代谢产物持续进入环境，在地表水、地下水、饮用水、土壤、污泥中普遍检出，其质量浓度非常低，通常在ng/L～μg/L水平，对水环境质量和生态系统安全造成隐患。LOGO•非处方类药物咖啡因•驱虫剂避蚊胺•壬基酚等洗涤剂代谢物•消毒剂三氯生(triclosan)等•抗生素与其它处方类药物物美国30个州139条河流LOGO•抗菌药物甲氧苄啶•脱水红霉素和阿莫西林•抗炎药•止痛剂(对乙酰氨基酚、曲马多,可待因,萘普生,布洛芬和双氯芬酸)•抗癫痫药物（卡马西平和加巴喷丁）英国南威尔士地区两条河流部分持久性存在于水环境中LOGO•磺胺甲基异唑•磺胺二甲嘧啶•甲氧苄啶1•脱水红霉素越南Mekong河三角洲地带抗生素居多LOGO•防腐剂（邻苯基苯酚）•洗涤剂代谢物•非固醇类消炎药（布洛芬）•水杨酸•降脂药物（对氯苯氧异丁酸）广州珠江三角洲地带LOGO•对氯苯氧异丁酸•咖啡因•避蚊胺•异丙安替比林•卡马西平北海由于PPCPs的强极性意味着它们不会通过大气沉降进入海洋水体,因此与陆地河流不同,海洋水体中检出PPCPs意味着这些物质在长距离输送过程中经受住了生物化学的转化与降解,在海洋环境中显示出“持久”性，危害巨大。LOGO在地下水中的分布韩国地下水垃圾填埋场的渗滤、污水管道渗滤、受污染的地表水回灌布洛芬萘普生卡巴咪嗪咖啡因LOGO的地下水垃圾填埋场的渗滤、污水管道渗滤、受污染的地表水回灌避蚊胺磺胺甲基异噁唑壬基苯酚乙氧醚三氯生咖啡因布洛芬LOGO镇痛药卡马西平对乙酰氨基酚红霉素抗抑郁药氟西汀抗过敏药苯海拉明城市污水再生水灌溉，地表水地下水渗入LOGO苯磺酸氯贝酸消炎止痛剂退热剂(安替比林及丙基安替比林)药物代谢物N-肌氨酸大环内酯类水厂出水LOGO的分布尽管60%的医药品并未在饮用水源中检出,然而频繁检出了部分PPCPs的降解产物如尼古丁代谢物可替宁(cotinine)和咖啡因代谢物1,72二甲基黄嘌(1,72dimethylxanthine),检出频率分别达到35%和23%;此外,卡马西平(22%),脱水红霉素(8%)和甲氧苄啶(7%)也在部分饮用水源样品中检出,浓度在20—300ngPL之间。LOGO最主要的来源。在污水处理厂中不能有效去除,越过种种屏障如生物降解等最后排入天然水体,或者吸附于活性污泥,通过施肥等最终进入环境。部分PPCPs物质在整个排放过程中能够转化成仍有生物活性的降解产物出现于环境水体中，并出现生物富集。未经过任何处理的农业废水、养殖废水和生活污水的直接排放如药物的生产、直接丢弃、家畜养殖场所排放的粪便中的PPCPs5LOGO、通过人体个人护理品则伴随沐浴、游泳等活动进入排污管后汇入生活污水医药品经人体或动物摄入后,只有少部分发生代谢,大部分以原形最终通过尿液或粪便进入污水中一些不用和过期的药物则通过厕所丢弃等方式最终也会汇入到城市生活污水中医药品护理品其他LOGO、通过人体和动物通常,人们关注的只是药物对人类或动物疾病的治疗效果,当这些药物通过受体的粪便或尿液排出体外后,它们的环境归趋就不再被进一步研究了。事实上,被人体或动物摄入体内的药物并不能完全的被吸收和利用,一部分未代谢或未溶解的药物成分(例如甲氨蝶呤)将通过粪便和尿液等排泄物排入污水系统中。有研究报道,对肉用动物使用的抗生素类药物有一半以上以母体药物的形式通过粪便排出体外。甚至有专业人士认为超过90%的药剂会随着动物粪便和尿液排出。有一些药物在进入人或动物体内后发生了不同程度的代谢(例如通过P450微酶系统形成极性更大且更易被排泄的代谢物),还有一些药物会通过共轭物(与糖或缩氨酸共轭)的生成而转化成溶解性更强的物质。这些由真核或原核代谢以及理化性质改变后产生的代谢物和共轭物也一并加入了原本就很庞大且复杂的PPCPs大家族。此外,还有大量的处方和非处方药物由于多种原因未经使用就直接通过厕所或是家庭垃圾回收系统进入环境。LOGO与药物相比,个人护理用品直接进入环境的量更大。例如,人类在户外地表水体中的活动,如沐浴、游泳、洗涤等会将化妆品、洗发香波、沐浴液、防晒霜、洗涤剂等PPCPs直接排入水体;具有挥发性质的护理用品还可以挥发到空气中(例如麝香)。这些日用品的直接排放使它们绕过了在污水处理系统的降解过程。LOGO、通过污水处理厂由于目前的污水处理工艺并非针对PPCPs设计,一些PPCPs类物质不能在污水处理厂中得到有效去除,从而越过种种屏障如生物降解等最后排入天然水体,或者吸附于活性污泥,通过施肥等农业生产活动最终进入环境。PPCPs在城市污水处理厂中的迁移转化途径可能有:完全矿化至CO2和水;母体和降解、代谢物被污泥固体的吸附(亲脂性PPCPs及降解、代谢物更易于被污泥吸附);部分母体和降解、代谢物随出水排放进入环境。LOGO首先,药物残留浓度很低,可能很难与酶发生亲和反应。大多数化学成分是在酶系统饱和的富养环境中被降解的。而浓度较低的PPCPs主要是在酶系统未饱和时发生贫养代谢。这些微污染物仅能被一小部分特定的贫养微生物所利用,而这些低碳生物更多的存在于自然环境中(例如环境中吸附解析迁移量很低的沉积物及孔隙水),而不是在污水处理厂内。这意味着PPCPs的降解可能更容易发生在受纳水体或是沉积物中而不是发生在污水处理厂内。此外,污水处理厂每天的PPCPs负荷是受多因素影响的,包括处理厂服务的人口数量、PPCPs的使用剂量和持续时间、药物代谢或排泄的半衰期等,由于这些因素是瞬息万变的,因此,污水处理厂对PPCPs去除也不尽相同LOGO其次,每年都有很多结构与理化性质全新的PPCPs进入市场,其中一些成分甚至是污水处理系统中微生物群落从未接触过的类型。这给生物降解PPCPs带来了新的挑战。最坏的情况则是PPCPs在出水中的浓度与进水中的浓度没有变化,甚至比进水中的浓度还要高。受纳水体如果是水量丰富的天然水体,PPCPs浓度会显著降低,如果是较小的支流则PPCPs的残留浓度会因持续不断的输入而存在升高的危险。此外,当一些干扰因素打乱了污水处理工艺运行的动态平衡时,PPCPs的浓度也会有所变化。LOGOPPCPs进入污水处理厂后有3种归趋:1)降解为低分子量的物质;2)在固体颗粒上的物理吸附(随后作为污泥被去除);3)形成共轭物,然后再水解成药物原形(例如氯钡酸和非诺贝特酸的共轭物)。因此,经过污水处理厂的处理一些PPCPs的浓度有所降低,并不能说明它们发生了结构上的改变或是破坏,它们可能仅仅是以另一种状态和形态存在于环境中。即使那些被认为没有污染源的地方也会有药物残留的可能。例如,美国的黄石国家公园是相对较为清洁的区域,但是,该公园拥有一个大型的污水处理厂,一些未得到处理的PPCPs随着出水或设备故障等原因导致的溢流而进入公园的地表水中。LOGO、生物富集食用生命活动生命活动同化作用人体动植物微生物PPCPsLOGO、污废水直接排放未经过任何处理的农业废水、养殖废水和生活污水的直接排放，将带来巨大的PPCPs，凡是未被生物消化的成分都将被排放进入环境中。LOGO、固体废物排入进入城市固体废物的PPCPs(如药物的直接丢弃)、家畜养殖场所排放的粪便和吸附于污水处理厂活性污泥中的PPCPs还有可能通过填埋、施肥等方式进入到土壤环境中,最后通过地表径流与渗滤,或者渔业直接使用等途径进入地表水与地下水。LOGO、PPCPs生产排放PPCPs制造业产生的环境排放也不容忽视。因为缺乏先进快捷的监测手段和严格的排放标准,生产过程中的大量PPCPs伴随着废水、废渣等排入环境中。尤其是发展中国家,承担着世界上大多数PPCPs或其原料的生产,如2003年中国青霉素和土霉素的产量分别占到世界总产量的60%和65%,而强力霉素和头孢菌素等抗生素的产量均排在世界第一位。包括我国在内的一些国家没有明确的制药废水排放标准,而传统的处理工艺又缺乏针对性,因此这些国家PPCPs制造业所产生的污染可能更为突出。还有一些秘密的药物生产厂家将