类固醇雌激素在水环境中的分布及其深度去除技术研究进展

化合物 雌酮渊E1冤 雌二醇渊E2冤 雌三醇渊E3冤 炔雌醇渊EE2冤
分子式 C18H22O2 C18H24O2 C18H24O3 C20H24O2
表 1 4 种典型类固醇雌激素的理化性质
摩尔质量/渊g窑mol-1冤 水中溶解度渊20 益冤/渊mg窑L-1冤 辛醇-水分配系数 logKow
270
13
Hu Jun袁Li Tong袁Yan Yujie袁Huang Hui袁Zhang Xuxiang袁Ren Hongqiang 渊State Key Laboratory of Pollution Control and Resource Reuse袁School of the Environment袁
1 类固醇雌激素的种类和性质
类固醇雌激素是一类环境雌激素袁 主要分为天 然类雌激素和人工合成类雌激素袁 天然类雌激素主 要包括雌酮渊E1冤尧17茁-雌二醇渊E2冤尧雌三醇渊E3冤袁人
工合成类雌激素主要为 17琢-乙炔雌二醇渊EE2冤袁它 们的理化特性详见表 1遥 类固醇雌激素的辛醇-水分 配系数较大袁它们在水中的溶解度较低袁呈疏水性和 亲脂性袁其中天然类雌激素 E1尧E2尧E3 在水中的溶 解度依次为 13尧13尧32 mg/L袁而人工合成类雌激素 EE2 在水中的溶解度则更低袁只有 4.8 mg/L遥 这些类 固醇雌激素在环境中能够持久存在并具有一定的生 物富集性也5页遥 它们具有类似的分子结构袁基本框架是 由一个苯环袁两个环己烷和一个环戊烷组成袁它们结 构的差异主要是环上取代基类型尧 取代基位置和空 间结构的不同也6页袁这种结构的差异会影响其雌激素 效应的大小袁研究表明袁4 种类固醇雌激素的雌激素 效应从大到小顺序依次为 EE2尧E2尧E3 和 E1袁它们 的雌激素效应相对比值为 246颐100颐17.60颐2.54也7页遥
污水深度处理与再生利用是世界各国缓解水资 源短缺的重要举措遥随着再生水市场的不断发展袁水 质安全保障和风险控制成为核心目标也1页袁其中二级 尾水中高频检出的高毒性难降解微量污染物是影响 再生水安全利用的重要因素袁探索其经济高效的深度 去除技术成为领域的前沿热点和行业内的重大需求遥
类固醇雌激素渊SEs冤是一类具有高内分泌干扰 毒性的微量污染物袁它们在水环境中广泛分布袁即使 在极低质量浓度渊ng/L冤下袁也会对动物及人类健康 造成危害也2页遥 然而传统污水处理厂对类固醇雌激素 并不能特异性高效去除袁使得污水处理厂出水成为水 环境中类固醇雌激素的最主要来源也3-4页袁因此污水中
来说袁经济发展水平和人口密度越高袁当地水体中的 类固醇雌激素浓度也相对越高袁 这是因为我国地表 水中的类固醇雌激素来源通常与农业和生活污水尧 医疗废水以及工业废水的排放有关遥
污水处理厂是接收和处理生活污水以及工业废 水的重要场所袁近年来袁类固醇雌激素在其进水和出 水中被频繁检出遥 表 3 给出了国内外污水厂进出水 中类固醇雌激素的浓度水平袁 它们的质量浓度范围 一般在 ng/L 到 滋g/L袁而且每种类固醇雌激素在进水 和出水中都存在较大的差异袁E1 和 E3 的浓度普遍 较高袁E2 和 EE2 的浓度相对较低袁 这是由于 E1 和 E3 是动物和人类的主要排泄产物 袁 也16页 另外袁E2 和 EE2 在水环境中可以部分转化为 E1 和 E3也16-18页遥 污 水在经过污水处理厂处理后袁 大部分雌激素得以去 除袁 但出水中残留的类固醇雌激素质量浓度仍然保 持在几到几十 ng/L 水平袁这高于欧盟水框架指令所 推荐的安全限值渊0.4 ng/L冤也19页遥 此外袁E2 当量通常用 于评估水中的雌激素反应活性的水平袁根据 Chao Su 等也8页的研究袁郑州五龙口污水厂二级生化尾水中 E2 当量水平为渊6.26依0.21冤 ng/L袁这远高于欧盟所规定 的雌激素干扰效应的质量浓度阈值渊1.0 ng/L冤遥 而
59
专题
工业水处理 圆园21-06袁41渊6冤
表 2 中国地表水中类固醇雌激素的浓度水平
化合物
雌酮 渊E1冤
雌二醇 渊E2冤
雌三醇 渊E3冤
炔雌醇 渊EE2冤
取样地
灞河 东洞庭湖 洱海湖
洪湖 辽河流域 三峡库区
湘江 沿海水域
灞河 东洞庭湖
洱海湖 洪湖
辽河流域 三峡库区
湘江 沿海水域
灞河 东洞庭湖
洱海湖 洪湖
三峡库区 沿海水域
灞河 东洞庭湖 洱海湖
洪湖 辽河流域 三峡库区
湘江 沿海水域
最小质量浓 最大质量浓 平均质量 参考 度/渊ng窑L-1冤 度/渊ng窑L-1冤 浓度/渊ng窑L-1冤 文献
2.40
55.90
17.46 也14页
2.26
41.01
5.63
也12页
4.70
55.00
14.40 也15页
Nanjing University袁Nanjing 210023袁China冤
Abstract院 Steroid estrogens渊SEs冤 are a group of refractory organic micropollutants detected in aquatic environment frequently. Generally袁their mass concentrations in aquatic environment of China are much higher than estrogen dis鄄 ruption effects mass concentration threshold of 1 ng/L袁which results in potential health risks to the environment and human. They are vital pollutants affecting the safe reuse of secondary effluent after the advanced treatment. This study systematically reviewed that the physical and chemical properties袁the distribution in aquatic environment and the po鄄 tential environment risks of steroid estrogens. The main advanced removal techniques for steroid estrogens were also summarized. On this basis袁the future research trends were proposed from four aspects including new adsorption mate鄄 rials袁inexpensive catalytic oxidation technology袁synergistic advance purification of multi鄄pollutants袁development of combined process and reactors. Key words院 steroid estrogen曰aquatic environment risk曰advanced wastewater treatment曰safe reuse of reclaimed water
胡俊袁等院类固醇雌激素在水环境中的分布及其深度去除技术研究进展
类固醇雌激素逐渐成为污水深度处理及再生水安全 利用过程中应优先控制的一类难降解有机微污染物遥
根据该领域现有的研究报道袁 笔者对四种类固 醇雌激素的理化性质尧在水环境中的分布特征和潜 在的环境风险进行了综述袁总结了二级生化尾水中 类固醇雌激素深度去除技术的效果及不足袁并对其 深度去除技术的未来发展方向进行了展望袁以期为 认识水环境中类固醇雌激素的危害和发展类固醇雌 激素的去除技术提供基础信息遥
ND
83.52
17.64 也12页
2.60
1 235.00
66.20
也9页
ND
52.30
10.53 也10页
0.28
51.30
7.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5
也11页
ND
204.4
要
也13页
1.20
23.90
10.19 也14页
ND
52.81
10.32 也12页
1.10
17.40
5.06
也15页
ND
59.84
7.26
也12页
第 41 卷第 6 期 圆园21 年 6 月
工业水处理 陨灶凿怎泽贼则蚤葬造 宰葬贼藻则 栽则藻葬贼皂藻灶贼
灾燥造援41 晕燥援6 Jun.袁圆园21
DOI院10.11894/iwt.2020-1266
类固醇雌激素在水环境中的分布 及其深度去除技术研究进展
胡 俊袁李 同袁颜宇杰袁黄 辉袁张徐祥袁任洪强
2.60
1 254.00
45.30
也9页
0.10
10.00
3.63
也10页
0.28
46.20
10.92 也11页
ND
ND
要
也13页
ND
5.20
1.42
也14页
ND
66.67
20.69 也12页
0.50
35.80
4.68
也15页
ND
56.35
27.70 也12页
ND
81.60
3.43
272
13
3.94
288
32
2.81
296
4.8
4.15
解离常数 雌激素效应相对值
10.3~10.8
2.54
10.71
100
10.40
17.60
10.40
246.00
2 类固醇雌激素在水环境中的分布及危害
2.1 水环境中的分布 随着微量污染物检测技术的发展以及人们对水
中类固醇雌激素的日渐关注袁 类固醇雌激素在多个 受纳水体中被发现遥 表 2 列出了部分中国受纳水体 中4种类固醇雌激素的浓度水平袁在采样的河流和湖 泊中几乎都发现了这 4 种类固醇雌激素袁由此可见袁 我国的水环境中普遍存在类固醇雌激素的污染袁它 们的平均质量浓度远远高于 5 ng/L袁其中平均质量浓 度最高的是辽河流域袁在其水体中 E1尧E2 和 EE2的 平均质量浓度分别为 66.2尧45.3尧596.0 ng/L也8-9页遥 此 外袁在三峡库区尧洪湖尧湘江特别是沿海水域袁类固醇 雌激素的含量相对较高也8袁10-13页袁如在沿海水域袁检测 到了 E1尧E3 和 EE2袁 其最高质量浓度分别达到了 204.4尧278.4尧120.7 ng/L遥 而在洱海湖袁这四种类固醇 雌激素浓度相对较低袁检测到的 E1尧E2尧E3 和 EE2 的 平均质量浓度分别只有 14.40尧5.06尧4.68尧3.03 ng/L遥 虽然不同地区水体中类固醇雌激素含量存在一定差 异袁但其浓度水平均已超过风险临界值遥 另外袁从这 些报道可以看出袁 水体中类固醇雌激素浓度的高低 与当地的经济发展水平和人口密度密切相关袁 一般
咱基金项目暂 国家自然科学基金项目渊51878336冤曰江苏省优秀青年基金项目渊BK20200063冤曰国家水专项子课题渊2017ZX07204001冤曰江苏省重点 研发计划项目渊BE2018632冤曰中央高校基本科研业务费项目渊021114380153冤
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工业水处理 圆园21-06袁41渊6冤
渊南京大学环境学院袁污染控制与资源化研究国家重点实验室袁江苏南京 210023冤
咱摘要暂 类固醇雌激素渊SEs冤是水环境中高频检出的一类微量难降解有机物袁其在我国大部分水体中的残留质 量浓度往往超过欧盟规定的雌激素干扰效应质量浓度阈值 1 ng/L袁对生态环境及人体产生潜在健康风险袁是影响二 级生化尾水深度处理后安全再利用的重要污染物遥 综述了类固醇雌激素的理化性质尧在水环境中的分布特征及其潜 在环境风险袁并对其主要的深度去除技术进行了总结遥 在此基础上袁从新型吸附材料尧经济高效的催化氧化技术尧多 污染物协同深度净化尧组合工艺及反应器开发等四个方面展望了未来的研究趋势遥
咱关键词暂 类固醇雌激素曰水环境风险曰污水深度处理曰再生水安全利用 咱中图分类号暂 X703 咱文献标识码暂 A 咱文章编号暂 1005-829X渊2021冤06-0058-08
Distribution of steroid estrogen in aquatic environment and research progress of their advanced removal technologies