中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展

摘要 随着环境痕量物质分析检测技术的提高和人们环境意识的增强, 新兴环境微量有机 污染物药物和个人护理品(PPCPs)引起了学术界和公众的广泛关注. 尽管 PPCPs 在地表水 环境中浓度仅为纳克每升至微克每升量级, 但仍对水生生物等具有生态风险. 与西方国家 相比, 中国地表水环境中 PPCPs 的研究起步较晚, 报道有限, 有待进一步深入. 本文对中 国地表水环境中 PPCPs 现有研究进行了综合分析, 分别从存在特征、地理分布、主要来源 和迁移转化四方面对现有研究进展加以总结, 讨论了现有研究存在的问题, 并对今后的研 究进行了展望.
关键词
微量有机污染物 药物和个人护理品 地表水 污染特征
药物和个人护理品 (pharmaceuticals and personal care products, PPCPs)包括各种处方药、非处方药 (如 抗生素、消炎药、镇静剂及显影剂 )、化妆品等 . 近 年来 , 随着分析检测技术的提高 , PPCPs 先后在污 水、地表水、地下水、土壤等环境中检出 , 且被证明 可能对生态环境和人类健康具有一定的风险
2014 年 3 月
第 59 卷 表1
第9期
中国地表水环境中已报道的主要 PPCPs[10~49]
药剂学类别 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 抗生素 消炎止痛药 消炎止痛药 消炎止痛药 降血脂药 激素类 激素类 降血脂药 抗惊厥药 消炎止痛药 杀菌消毒剂 报道次数 15 12 10 10 10 10 8 8 8 8 8 8 7 7 6 6 6 6 5 5
2
地理分布
我国现有地表水中 PPCPs 的研究在地理分布上
也开始在中国地表水环境中被检测 . 目前已有 90 种 非抗生素类 PPCPs 被报道 , 主要包括消炎止痛药、 抗 惊厥药、 降压药、 降血脂药、 杀菌消毒剂、 激素等 . 同 上 , 以被报道的全部非抗生素类 PPCPs 的数量为基 数 , 计算了各药剂学类别 PPCPs 所占的比例分布 , 如 图 2 所示 . 总体而言, 我国地表水环境中非抗生素类 PPCPs 的浓度水平略低于或接近国外相关报道 . 以被报道 次数最多的萘普生为例 , Wang 等人 [33]对中国北方三 大河流——黄河、海河和辽河开展的调查结果表明 , 萘普生的检出率仅为 36%, 最大浓度 40.7 ng/L; 珠江 中萘普生的检出率也仅为 23%, 最大浓度 328 ng/L[14]; 此外 , Cao 等人 [35]在漳卫南运河中检测到的萘普生最
[3,5~9]
. 相比之下 , 我国 PPCPs 的
生产和使用量很大 , 但有关水环境中 PPCPs 的研究 起步较晚 , 报道有限 , 亟待开展更为广泛的研究 . 因 此 , 本文分别从存在特征、地理分布、主要来源和迁
引用格式 : 王丹 , 隋倩 , 赵文涛 , 等 . 中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展 . 科学通报 , 2014, 59: 743–751 Wang D, Sui Q, Zhao W T, et al. Pharmaceutical and personal care products in the surface water of China: A review (in Chinese). Chin Sci Bull (Chin Ver), 2014, 59: 743–751, doi: 10.1360/972013-370
[11]
大浓度更低至 5.8 ng/L; 而 Vieno 等人 [57]分析了萘普 生在挪威艾于拉河的浓度水平 , 结果表明其检出率 高达 100%, 最大浓度达 380 ng/L; Metcalfe 等人 [58] 在 加 拿 大 的 底 特 律 河 检 出 的 萘 普 生 浓 度 高 达 551 ng/L, 哈密尔顿海港为 139 ng/L; 在日本东京河流中 发现浓度在 38~230 ng/L 范围的萘普生残留 [59]. 这说 明在很多国家萘普生的消费量和使用频率都超过中 国 , 如英国萘普生的用量超过 35 t, 人均使用量远超 中国 (40 mg/ 人 )[60,61]. 布洛芬在我国产量较大 , 是四 大常用消炎药之一 , 因而在地表水环境中的浓度水 平较高 , 在辽河流域和珠江广州河段的最大检出浓 度分别可达 246 和 1417 ng/L[14,33], 低于或接近对英 国河流 (432~5044 ng/L)[62] 及加拿大大西洋沿岸河流 (6400 ng/L)[63]的报道 .
744
[52] [51]
图1
我国地表水环境中抗生素类 PPCPs 种类的 研究比例分布
相比 , 我国地表水环境中抗生素的总体浓度水平与 检出频率均较高 . 以被报道次数最多的磺胺甲噁唑 为例 , Yang 等人 [11]研究了 15 种抗生素在珠江中的存 在情况 , 结果表明磺胺甲噁唑的检出率高达 100%, 枯水期浓度为 1.4~157 ng/L; 类似地 , 辽河和海河流
图2
我国地表水环境中非抗生素类 PPCPs 种类的 研究比例分布 图3 我国主要水系中被报道 PPCPs 的数量 745
2014 年 3 月
第 59 卷
第9期
泛的研究 . 目前已有 127 种 PPCPs 在城市内河中被报 道 . 例如 , Li 等人
[42]
也 可 能 由 于 采 样 时 间 的 不 同 存 在 一 定 的 浓 度 差异 , 这可能与 PPCPs 使用和排放的季节变化等有一定的关 系. 例如, Luo 等人[30]2009 年对海河开展调查时未检 出磺胺甲嘧啶, 而 2010 年 Gao 等人[29]在对海河的研究 中则检测到浓度为 3~61 ng/L 的磺胺甲嘧啶残留. 因此 , 在条件允许的条件下 , 可以根据各地区人 口数量、 生活水平、 发病情况和用药习惯等实际情况 , 预测该地区水环境中浓度较大、 存在较持久以及毒性 较大的 “优先控制药物 ”作为以后着重研究的对象 .
a)
PPCPs 磺胺甲噁唑 磺胺甲嘧啶 磺胺嘧啶 诺氟沙星 氧氟沙星 红霉素 环丙沙星 罗红霉素 四环素 土霉素 萘普生 双氯芬酸 布洛芬 氯贝酸 17-乙炔雌二醇 己烯雌酚 吉非罗平 卡马西平 吲哚美辛 三氯生 采样点检出 , 被检出值设为 0.5
检出频率 b)(%) >60 30~60 >60 >60 >60 >60 30~60 >60 30~60 30~60 30~60 30~60 30~60 30~60 30~60 <30 30~60 30~60 <30 >60
,
我国药物产量的 70 ％是抗生素 , 而在西方国家 , 抗 , 因此与其他国家
评 述
域分别检测到浓度高达 173 和 211 ng/L 的磺胺甲噁 唑 [12,29]. 西班牙的埃布罗河中未检出磺胺甲噁唑 [53], 而对英国 5 个河口区的调查结果也表明磺胺甲噁唑 的浓度 <20 ng/L[54]. Jiang 等人 [10]在考察上海黄浦江 中 22 种抗生素季节变化情况中发现磺胺甲嘧啶在枯 水期的检出频率为 100%, 浓度范围为 14.9~623.3 ng/L; Zhang 等人 [37] 在福建九龙江中检测到最高浓度达到 775.5 ng/L 的磺胺甲嘧啶 ; Yang 等人
1.1
抗生素类
由表 1 可知 , 抗生素类 PPCPs 是中国地表水环境
中主要研究的 PPCPs. 迄今已有约 68 种抗生素在中 国地表水环境中被检出 , 包括磺胺类、喹诺酮类、四 环素类、大环内酯类、-内酰胺类和其他六大类 . 本 研究以被报道的全部抗生素类 PPCPs 的数量为基数 , 计算了各类抗生素类 PPCPs 所占的比例分布 , 如图 1 所示 . 我国是世界上滥用抗生素最严重的国家之一 生素产量只占药物总量的 30％
2014 年
评 述
第 59 卷
第 9 期： 743 ~ 751 csb.scichina.com
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
www.scichina.com
中国地表水环境中药物和个人护理品的研究进展
王丹①, 隋倩①③*, 赵文涛②, 吕树光①*, 邱兆富①, 余刚③
① 华东理工大学国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室, 上海 200237; ② 同济大学环境科学与工程学院, 污染控制与资源化研究国家重点实验室, 上海 200092; ③ 清华 -威立雅先进环境技术联合研究中心, 北京 100084 * 联系人 , E-mail: suiqian@ecust.edu.cn; lvshuguang@ecust.edu.cn 2013-04-01 收稿, 2013-07-24 接受, 2014-03-04 网络版发表 国家自然科学基金 (51208199) 、中国博士后科学基金 (2013T60429) 、国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室开放基金 (MARC2011D032, MARC2011D044)、环境模拟与污染控制国家重点联合实验室开放基金(12K02ESPCT)、污染控制与资源化研究国家重点 实验室自主课题(PCRRY11017)和中央高校基本科研业务费专项资助
在枯水期检测
到珠江中磺胺甲嘧啶的浓度为 29.5~120 ng/L, 中值 浓度为 37.7 ng/L, 检出频率为 100%. 与中国地表水 中磺胺甲嘧啶存在情况形成鲜明对比 , 在某些工业 发达的国家如美国和日本几乎未检出或者以很低的 浓度检出 [55,56].
1.2
非抗生素类
随着检测技术的发展, 近年来非抗生素类 PPCPs
[2] [2~4] [1]
移转化四方面对现有研究进展进行了总结 , 讨论了 现有研究存在的问题 , 并对今后的研究进行了展望 .
1
存在特征
目前 , 已有约 158 种 PPCPs 在我国河流及湖泊等
. 例
天然水环境中被调查研究 , 其中被报道次数最多的 20 种 PPCPs 如表 1 所示 . 可以看出 , 被报道次数最多 的前 10 种物质均为抗生素 , 其中磺胺类抗生素磺胺 甲噁唑和磺胺甲嘧啶被报道次数最多 , 分别为 15 和 12 次 . 非抗生素类 PPCPs 中萘普生和双氯芬酸研究 的次数最多 (8 次 ), 其次是布洛芬和氯贝酸 (7 次 ). 从 PPCPs 在所有报道中被检出频率情况看 , 大部分抗 生素类 PPCPs 在中国地表水环境中检出频率都很高 . 例如 , 磺胺甲嘧啶和磺胺嘧啶在黄浦江所有的采样 点中均被检出 [10]; Yang 等人 [11]及 Jia 等人 [12]分别在珠 江和辽河所有采样点检出了磺胺甲噁唑的残留 . 相 比之下 , 非抗生素类 PPCPs 检出频率较低 , 大多低
非常不均 , 表现为东部地区多于西部地区、南方地区 多于北方地区 . 由图 3 可知 , 目前对珠江中 PPCPs 存 在状况的研究较为充分 , 涉及到的 PPCPs 种类最多 (95 种 ), 占目前中国地表水环境中已报道 PPCPs 种类 的 60%, 远高于位居第二的辽河 (48 种 ). 相比之下 , 对长江和黄河中 PPCPs 的研究不多 [25,26,32,33], 而七大 水系中的松花江和淮河流域中 PPCPs 的存在状况尚 未见报道 . 地理分布的另一个特点是现有研究更侧重于在 经济发达、人口密集的城市开展调查 , 因而 , 除我国 主要水系以外 , 在城市内河等水系也开展了较为广
பைடு நூலகம்
如 , Gagne 等人 研究发现磺胺嘧啶、土霉素、萘普 生、咖啡因等能通过干扰虹鳟鱼肝脏细胞的活性 , 影 响其代谢过程 , 从而对肝细胞造成损伤 . 联合国环境 规划署 (UNEP) 也曾明确提出 , 必须考虑如止痛片和 抗生素等 PPCPs 对水生态系统的影响 (http://www. unep.org/geo/geo4/media/). 因此 , 近年来 , 欧美等不 少国家均对水环境中 PPCPs 的残留、环境行为和归 宿展开了广泛的研究
a) 该 PPCP 在我国现有研究中被报道的次数 ; b) 该 PPCPs 被检出次数与被报道次数的比值 , 若该 PPCP 在同一研究中并未在所有
于 60%. 我国每年大约生产 1300 种化学原料药及化 妆品 , 其中抗生素类 PPCPs 年产量 3.3 万吨以上 [50], 这可能是水环境中频繁检出高浓度抗生素类 PCPPs 的重要原因 . 综上 , 对我国地表水环境有关 PPCPs 的 调查 , 可以从用量最大的抗生素和解热止痛消炎药 起步 .