【PPCP现状】浅谈药品和个人护理品有效成分残留在环境中的迁移

>>>>点击标题下「SCIEX」可快速关注

转载自：我要测

2014年一则媒体新闻引起公众的广泛关注，中国科学家在2014年第9期《科学通报》发表论文称，我国地表水中检出有68种抗生素，另有90种非抗生素类医药成分被检出。

研究指出，全国的主要河流海河、长江入海口、黄浦江、珠江、辽河等河流的部分点位中都检出了抗生素，其中，珠江广州段受到抗生素药物的污染非常严重，某些典型抗生素的含量分别为460、209和184 ppt(相当于ng/L)，远远高出了欧美发达国家河流中100 ppt以下的含量。由于很多江河是城市的饮用水源地，媒体报道南京居民家中的饮用水里也有抗生素被检出。

而来源于个人护理品中的壬基酚、辛基酚和双酚A、邻苯二甲酸酯等环境激素也经常在污水、地表水、地下水中被检出。近十几年来，药物及个人护理品中有效成分作为一种新兴污染物日益受到人们的关注，并引起了全世界的重视。

什么是PPCPs?

PPCPs是Pharmaceutical and Personal Care Products的简称，种类繁杂，包括各类抗生素、人工合成麝香、止痛药、降压药、避孕药、催眠药、减肥药、发胶、染发剂和杀菌剂等。

与普通的有机污染物多环芳烃不同，PPCPs具有高极性与低挥发性等特点点，容易进入并分散到水体和土壤中造成环境污染。

PPCPs如何从居民区等工作场所到达环境的?

图1和图2简要的介绍了PPCPs在环境中的迁移流程：居民区以及工厂排出的污水经由污水处理厂处理过后形成二次水排向河流，其中上游的水源也可能受农田和养殖场的水污染，上游和下游的水经由饮用水厂处理后流入居民家中(图1所示)。

图1 PPCPs中有效成分到环境的迁移路径

此外，二次水也会经过土壤灌溉流到或渗透到地表水、地下水、河流，而地下水或地表水经植物的根茎重新吸收后，并长成为植物，一部分用作蔬菜、粮食，流通到餐桌;另一部分则被制作成饲料，通过养殖场中禽畜消化，最后禽畜由屠宰场处理市场买卖而重新返回到居民体内，因而形成PPCPs残留物在生态系统的循环(图2所示)。

图2 PPCPs中有效成分在生态系统中可能的循环路径

PPCPs在水中分布情况

以太湖水(原水)为例，通过对比原水和污水出水中PPCPs的数值来评价其处理能力。

根据研究(Tao Lin, 2016)，常见的PPCP常关注的种类有：抗生素、β-阻滞剂、血脂、血液循环的药物、抗心律失常药物、心血管药物、抗痉挛药物、抗疥螨剂、杀虫剂、瘦肉粉、钙拮抗剂、抗胆碱能药物、精神类药物和利尿剂等。

主要选取以下24种药物作为检测目标，其名称与分类如下：

太湖水中测定的PPCPs含量与处理后的含量所示如图3和图4，其中有14种PPCPs被检测出来：DEET(杀虫剂)的浓度最高;磺胺甲恶唑和对乙酰基氨基酚的浓度按照降序排列紧随其后。

图3 太湖水中PPCPs的检测频率(检出率)与浓度(ng/L=ppt)

图4 处理后的污水中PPCPs的检测频率(检出率)与浓度　

污水中吲哚美辛、咖啡因和磺胺甲恶唑残留

但是，在污水中，只有三种PPCPs—吲哚美辛、咖啡因和磺胺甲恶唑被检出，总平均浓度约4ppt，其余物质由于被检出率低于50%，因此并没有表示平均浓度。

抗生素残留的检出

六种抗生素(克拉霉素、林可霉素、罗红霉素、磺胺甲恶唑、泰妙菌素和甲氧苄氨嘧啶)在原水检测被检测出来，说明抗生素使用极其广泛，并且构成了PPCPs对污染的主要成分。

除了磺胺甲恶唑(23 ppt)和甲氧苄氨嘧啶(14.7 ppt)外，其余每个物质的浓度均低于4ppt。

然而，在污水只有磺胺甲恶唑检测到平均浓度1.8 ppt。这个结果与饮用水中检测到得磺胺甲恶唑浓度为0~12 ppt基本相符(Padhye et al.，2014)。

作为一个合成的磺胺类抗生素，磺胺甲恶唑广泛用于人用药，并经常在世界各地的水生环境中被检测(Zuccato et al., 2010; Luo et al., 2011)。此外，磺胺甲恶唑是兽药。

咖啡因和镇痛药残留物

此外，相关报道已经发现镇痛药残留物存在于地表水中。在这项研究中，四种镇痛药物(对乙酰氨基酚、安替比林、咖啡因和吲哚美辛)在原水中被检出。除了对乙酰氨基酚(15.2 ppt)，其余物质的浓度均低于10 ppt，咖啡因和吲哚美辛的浓度较小，分别为1ppt和1.2 ppt。

大众广泛使用对乙酰氨基酚，虽然在水处理系统中去除率很高，达99%，研究发现它是地表水中富集量最多的化合物之一(Behera et al.,2011)。

咖啡因：咖啡、茶及其他饮料广泛含有咖啡因，对中枢神经系统有兴奋作用，咖啡因曾被认为是人为污染物的标志(Buerge et al.,2008)。研究中也被检测到吲哚美辛，它以非量化浓度存在于原水中。

四种其他的化合物—DEET(杀虫剂)、丙吡胺、舒必利和卡马西平在原水中被检测出来，但是污水中并未检出。

除了DEET(杀虫剂)的平均浓度为30 ppt，其余药物的平均浓度均低于3 ppt。Benotti等人也发现在地表水常常检测出DEET。可能由于太湖周围的居民长期使用DEET为杀虫剂，因此会导致DEET(杀虫剂)在水中的富集。

PPCPs在与土壤中的积累和迁移

以二次水灌溉土壤为例，检测灌溉前后土壤中PPCPs的含量变化.

二次水常用于灌溉。在灌溉中，PPCPs通过二次水，经过河流等进入土壤，并在土壤中挥发,分解,以及被植物吸收(Haruta et al., 2008; Xu et al., 2009a)。

土壤颗粒表面吸附特性也会决定一些化学物质的传输过程。

加利福尼亚大学河滨分校的科研人员进行了人工加标实验。选取了九种PPCPs—氯贝酸(降血脂药物)、布洛芬(解热镇痛药)、辛基酚和壬基酚(烷基酚累聚醚类表面活性剂分解产物，环境激素)、萘普生(解热镇痛药)、三氯生(抗菌剂)、双氯芬酸钠(解热镇痛药)、双酚A(有机化工原料或聚合物分解产物，环境激素)和雌酮(雌激素)，将它们混入水中，浇灌土壤，并测定土壤中吸收和降解PPCPs的含量。

经过10年的灌溉模拟期所收集的数据，并进行分析，得到PPCPs在表层土壤(0-20cm)的累积数据。见图5所示。

图5含PPCPs水处理后土壤中PPCP残留量随年份的累积变化规律

图5A与图5B显示了PPCPs的不同积累形式：图5A中双氯芬酸、氯贝酸、布洛芬和萘普生在灌溉前后浓度的变化随时间推移形成波动的模式，最大积累浓度为3.70~23.79 ng/g，最小积累浓度为1.52~15.46 ng/g;

图5B中其余五种化学物质的浓度积累随着时间的推移而逐渐增加，其中壬基酚和三氯生在土壤层剖面的浓度达到较高水平，分别为127ng/g和82ng/g。

小结

PPCPs残留物的迁移主要以污水和土壤为媒介流入环境，从而造成环境污染等问题。减少PPCP的使用(如减少人用和兽用药的使用)，提高污水中PPCPs净化的效果应是当务之急。

参考文献：

Behera, S.K., Kim, H.W., Oh, J.E., Park, H.S., 2011. Sci. Total Environ. 409 (20), 4351-4360

Buerge, I.J., Kahle, M., Buser, H.R., Muller, M.D., Poiger, T., 2008. Environ. Sci. Technol. 42 (17), 6354-6360.

Haruta, S., Chen, W., Gan, J., Simu nek, J., Chang, A.C., Wu, L., 2008.Ecotoxicol. Environ. Saf. 69, 374–380

Padhye, L.P., Yao, H., Kungu, F.T., Huang, C.H., 2014. Water Res. 51, 266-276.

Tao Lin. Shilin Yu. Wei Chen. Chemosphere 152 (2016) 1-9

Weiping Chen, Jian Xu, Sidan Lu, Wentao Jiao, Laosheng Wu, Andrew C. Chang, Chemosphere 93 (2013) 2621–2630

Zuccato, E., Castiglioni, S., Bagnati, R., Melis, M., Fanelli, R., 2010. J. Hazard. Mater. 179 (1e3), 1042-1048.

作者简介：

陈佩佩(1991.4)，女，2016年5月获得美国马萨诸塞大学化学硕士学位。曾从事石墨烯以及间苯三酚羧酸类化合物的合成，研究生期间主修化学专业，运用了扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜、气相色谱等仪器进行物质的分析与表征。现就职于谱尼测试集团技术部，主要从事环境及电子污染物检测方法的研究。