地表水中PPCPs 的賦存特征、來源及潛在風險研究

袁杰 高遠 王浩森 祝雷 趙華珒

（1. 江蘇圣泰環境科技股份有限公司，江蘇南京 210042；2. 生態環境部南京環境科學研究所，江蘇南京210042；3. 中國藥科大學，江蘇南京 210042；4. 河海大學，江蘇南京 210042；5. 沈陽環境科學研究院，遼寧沈陽 110179）

1 引言

藥物和個人護理品（pharmaceuticals and personal care products，PPCPs）包括人類和獸用藥物以及個人護理品［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、血脂調節劑以及常見的個人護理品，諸如香料、人工合成麝香、遮光劑、抗菌劑、驅蟲劑、染發劑等，該類物質具有含量低、生物累積性、難被生物降解等特性［2］。

PPCPs 難以被常規污水處理工藝徹底去除，因此會通過不同途徑持續地排入受納水體中，導致PPCPs 在自然水體中呈現一種“假持久性”的存在狀態［3］。研究表明，多種PPCPs 對藻類、水蚤、魚類等水生生物具有一定的急性毒性，在實際的環境濃度下，其對水生生物的慢性毒性也不容忽視［4］，并且可能會沿食物鏈進行傳遞和生物富集，對人類健康造成潛在危害。

目前，各國學者已在不同的地表水環境中檢測到PPCPs，并對其產生的潛在危害開展了廣泛的毒理學研究。本文綜述了近幾年國內外地表水環境中PPCPs 的賦存狀況，同時分析了其主要污染來源和潛在風險，以期加強人們對PPCPs 的風險認識，同時能為進一步開展PPCPs 環境風險評估及污染控制等研究提供參考依據。

2 賦存特征

2.1 河流

河流是地表水體系的重要組成部分，國內外部分河流水體中PPCPs 的賦存現狀見表1。依據已有文獻報道，國內外的許多河流中已檢測到多種PPCPs，濃度范圍在0～31 380 ng/L 之間。

表1 國內外河流中PPCPs 的賦存特征ng/L

2.2 湖泊、水庫等

湖泊和水庫是地球上重要的淡水資源來源。相關研究表明，國內外多個地區的湖泊與水庫水體中均有PPCPs 檢出，見表2。

表2 國內外湖泊和水庫中PPCPs 的賦存特征ng/L

張芹等［19］對駱馬湖水體中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］的研究發現，北京城區湖泊中檢測出了多種PPCPs，總濃度范圍為0～252 ng/L，檢出率為0～100 %。官廳水庫地表水中，在所有采樣點均檢出了對乙酰氨基酚、咖啡因、金霉素和氧氟沙星［8］。美國中西部的4 個國家公園湖泊中PPCPs 的檢出濃度范圍為10.1～2 790 ng/L。巴西的LoBo水庫中，PPCPs 的總量范圍為420～1 192 390 ng/L，其中對羥基苯甲酸酯濃度最高，為1 192 390 ng/L［25］。對比表1 和表2，PPCPs 在河流中的濃度略高于湖泊和水庫。

3 主要污染來源

PPCPs 可以通過多種途徑進入水環境，其中大部分途徑都與人類的生產生活密切相關，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 在環境中的主要污染來源［29］。據報道，我國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］，但這些藥物進入人體或動物體內之后，只有少量被吸收，大部分以代謝產物或母體的形式隨著污水系統排入環境中。除了藥物，個人護理品也是PPCPs 的重要組成部分，包括人類日常生活中所使用的香皂、洗發水、化妝品、沐浴露、染發劑等，通過沐浴、洗漱等多種途徑排放到水環境中。與藥物相比，個人護理品的排放途徑更多、更直接，排放量更大［31］。

一般而言，PPCPs 進入自然水體的主要途徑包括城市污水處理廠、再生水廠、醫院、垃圾填埋場、水產、畜牧養殖場。

3.1 城市污水處理廠和再生水廠

一般認為，城市污水處理廠中PPCPs 主要來源有工廠和醫院的廢水排放、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、醫院廢水以及生活污水進入污水處理廠后，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田也會導致土壤和地下水的污染，部分PPCPs 甚至可能進入飲用水水源地造成飲用水污染［33］。梅雪冰等［34］的研究發現，北京北運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水與出水之間，表明城鎮污水排水是該地區地表水中PPCPs 的主要來源。劉遠［35］研究了中國北方10 個省份的12 個污水處理廠進出水PPCPs 的濃度差，結果表明，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，其還研究了抗生素在各個工藝中的去除率，結果顯示，抗生素主要在膜過濾工藝中被去除，非膜工藝去除率較低，大環內酯類抗生素的去除率僅為12.1%～68.5%。李輝等［3］在南京長江段17 個采樣點中共檢出8 種喹諾酮類抗生素，城鎮污水處理廠現有工藝對喹諾酮類抗生素的去除效果并不明顯，導致水體中喹諾酮類抗生素含量普遍偏高。

3.2 醫院

醫院是藥物和個人護理品的主要使用場所，醫院人員密集，人口流動性大，個人護理品使用頻率和使用量遠高于其他地區［36］；而藥品使用后的殘留，過期、滲漏的廢棄藥品的無組織排放以及回收不規范，都會導致醫院出水中PPCPs 濃度升高［37］。同時，病人的排泄物中常含有高濃度藥品，導致醫院出水中PPCPs 濃度升高。有研究表明，日本醫院污水中的抗菌藥物、抗腫瘤藥物和X 射線造影劑對河水的PPCPs 濃度貢獻率為32%～60%［37］。

3.3 垃圾填埋場

我國對PPCPs 的研究起步相對較晚，目前研究大多集中在污水處理廠，而有關垃圾填埋場滲濾液中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，這些PPCPs 經過雨水、廢棄物中的游離水、有機物分解產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，形成成分復雜且濃度極高的垃圾滲濾液［38］，對土壤環境、水環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，而垃圾填埋場經過長時間的雨水淋洗、地殼運動后，容易造成防護層產生裂痕，導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距離的增加而降低，其組分也與未經處理的垃圾滲濾液相似，表明原滲濾液對附近水體的PPCPs 污染有相當大的影響。

3.4 水產和畜牧養殖場

水產和畜牧養殖中常使用大量獸藥預防疾病，如水產養殖中施加大量抗生素、畜牧養殖中在飼料中人為添加用于預防和治療動物疾病的抗生素和殺菌劑等。但這些藥物在動物體內的代謝效率并不高，大部分隨動物糞尿被排出體外，造成養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輸入到環境中，不僅對生物的生長代謝造成負面影響，還會誘導諸如抗生素抗性基因的產生，其生態風險和健康危害不容忽視［39］。由于水產和畜牧養殖多分布在農村地區，養殖業PPCPs 濫用情況普遍，此外，由于污水處理設施和污水管道建設不完善，同時缺乏科學指導和有效的市場監管，造成自然水體中PPCPs 的不斷積累。Zhao［40］的研究表明，規模化養殖場的豬糞和牛糞中土霉素（一種四環素類抗生素）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］等研究我國渤海海灣中PPCPs 分布情況時發現，所考察海域中抗生素的來源主要有入海河流及附近水產養殖場排放的廢水。

4 環境潛在風險

雖然PPCPs 在自然水環境中的濃度相對較低，但其對生態系統及人類健康的潛在危害不容忽視。隨著PPCPs 在自然水環境中被頻繁檢出，針對其危害的研究也越來越多。根據已有文獻報道，自然水環境中藥物和個人護理品的危害可總結為3 個方面，即生物毒性、誘導抗藥菌或抗藥基因、生態安全［4］。

4.1 生物毒性

PPCPs 對于某些生物，特別是微生物具有抑制生長發育的作用，因此近年來研究人員就部分PPCPs 對細菌、真菌和微藻等微生物的生態毒性進行了廣泛的研究。目前已有諸多研究表明，自然水環境中的抗生素對某些生物具有毒性作用，從而影響其正常生長或繁殖。如有研究表明，裸藻經過濃度為0.5～1.0 mg/L 的三氯生染毒48 h 后，細胞存活率僅10%，且體型變小，細胞內葉綠體個數減少［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代謝通路導致代謝紊亂，造成腸道功能紊亂、組織學病變、發育毒性等后果。

此外，值得注意的是，目前針對PPCPs 類污染物的毒性研究或風險評估通常是針對單一化合物開展，然而在實際水環境中，PPCPs 通常是以多種化合物混合共存的形式存在，協同作用可能導致更強的毒性［44］。

4.2 誘導抗藥菌或抗藥基因

自然水環境中的PPCPs 能夠誘導抗藥菌或抗藥基因的產生，一些微生物在PPCPs 的刺激下會發生基因突變或傳代變化從而產生耐藥性，增加環境中抗性基因的豐度，擾亂生態平衡并威脅人類健康。

4.3 生態安全

PPCPs 類污染物具有一定的生態風險。目前有關PPCPs 對植物生態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，進而抑制植物生長的原因［45］。PPCPs 對動物和人類也具有生態毒性作用，多種PPCPs 排入環境后可能會在生物體內富集，從而威脅人類的健康。

5 結語

PPCPs 這類新興污染物在我們賴以生存的環境中已普遍存在，許多國家和地區的自然水體都受到了PPCPs 不同程度的污染。本文簡要介紹了地表水中PPCPs 類污染物的賦存特征、來源及潛在風險。一方面，PPCPs 在河流中的檢出頻率和濃度略高于湖泊和水庫，這可能是人類活動以及污水排入河流中較其他水體更頻繁所致。另一方面，我國部分河流、湖泊和水庫中PPCPs 濃度較高，當前，應該積極開展針對環境中殘留PPCPs 的調查研究工作，了解其在環境中的賦存種類和濃度水平，并為后續研究和風險管控提供依據。

污水處理廠出水是自然水環境中PPCPs 的重要來源之一，而污水處理廠對PPCPs 的去除率與其自身物理化學性質以及污水處理工藝有關。未來針對該方向的研究可以從如下幾方面進行：加強對環境中多種PPCPs 復合毒性效應及風險評估研究；加強PPCPs 在多介質環境中的遷移與轉化研究；加強針對污水處理廠出水中PPCPs 等新興污染物減排控制優勢工藝研究；加強PPCPs 在飲用水水源及自來水中的健康風險評估研究。