污水中的新型污染物：英国70多种新型污染物的研究分析
你曾否想过你使用的防晒霜其实会对环境造成污染呢？近些年，随着环境科学的进步和人们环保意识的增强，大家开始关注一些个人护理用品和药物进入自然系统后可能对水体、生态环境产生的潜在威胁。一般情况下新型污染物的浓度是很低的，通常在纳克(ng)到微克(μg)水平，因此在短期内并不一定会凸显出危害性。但是这些化学物质往往以复杂的混合物形式存在，在水中易会产生协同作用，长期来讲在一定条件下可能会对生物和人体健康产生不利影响。
研究显示防晒霜中含有的化学物质会对水生态环境造成危害
在欧洲，欧盟针对各种新型污染物的排放将制定相应法规。目前已经有三种医药品提上日程，作为重点有害物质进行提案，包括雌二醇（17b-estradiol ,简称E2)、炔雌醇(17a-ethinylestradiol , 简称EE2) 和双氯芬酸(diclofenac )，对应的排放浓度阈值分别为 0.4ng/L、0.035ng/L 和 100 ng/L。
目前，在全球范围已经有超过200种医药品在各河流水体被检出，浓度最高的是抗生素环丙沙星(ciprofloxacin)，浓度达6.5 mg/l。根据欧盟委员会 93/67/EEC指令的标准，这些污染物对水生生物存在巨大危害。更令人担忧的是，这些化学物质不是单独出现，而是以复杂的混合物形式存在，这会导致很多大家不想看到的协同效应。与此同时，具有抗生素抗性的细菌在环境中的扩散也引起了人们的关注。这些还没被立法监管的污染物已经在英国和其他欧洲地区的水体中检出，浓度数量级在ng 到 ug/L之间。
新型污染物造成的无处不在的潜在毒性迫使我们加深对它们的认识，包括其源头、去向和生态影响。英国巴斯大学化学系和Wessex 水务公司的联合研究团队基于英国的数据对目前欧洲地区的三类新型污染物情况（医疗药品、违禁药物和个人护理品）进行了汇总，他们的研究报告发表在2015年第72期的IWA期刊Water Research上。
水体中的新型污染物主要来源于污水。传统的二级处理工艺(活性污泥和滴滤池)是研究最多的工艺，所以也是这个研究报告的关注焦点。这些处理工艺在最初设计时主要是为了去除COD、氮、磷、重金属等传统污染物，而不是近些年才受到人们关注的新型污染物。这就导致目前经污水厂处理的出水中很多情况下仍含有新型污染物，其进入受纳水体，例如河流、湖泊和海岸水域。
该报告以英国的数据为基础，但它的结果与其他欧洲国家的新型污染物情况相似，具有代表性。报告列出了约七十种出现在英国水体环境中的属于不同治疗级别的药物，并汇总成一个总表，包含新型污染物的名字、类属、处方用量、代谢率、已知代谢物、其在污水厂进水出水中的浓度、去除率、转移到污泥中的浓度、进入地表水的平均值和最大值。下面我们只截取其中几种供大家参考。
研究最多的是非甾体类抗炎药 (NSAIDs)、 β受体阻滞药 （b-blockers)、抗抑郁药(antidepressants) 和抗癫痫药物(antiepilepticcarbamazepine)。这些都是最常见的处方药(>1000kg/年)，而且在各地污水厂随处可见。因为其物理化学属性各异，以及对生物处理的敏感度不同，它们在污水厂的去除率从低于50%到超过80%不等。这些残余医药品进入受纳地表水体的浓度数量在纳克(ng)到微克(μg)水平。曲马多镇痛剂(analgesic tramadol)是河流水体中浓度最高的药物，最高浓度记录高达7,731 ng/L。
如今一共有15种违禁药物和合法兴奋剂被发现存在在英国的污水中。
因为英国对违禁药物的控制情况比其他欧洲国家好，所以如预期的这类化学物质排入污水厂的浓度比其他国家要低。但因为污水厂不能完全去除这些物质，所以还是有此类新型污染物进入受纳水体。
迷幻剂亚甲二氧甲苯丙胺(MDMA)和兴奋剂可卡因在河水中的检出浓度分别为25ng/L和17 ng/L。然而，被广泛用于个人护理品的抗菌剂、防晒霜和防腐剂的浓度则很高，这些化学物质进入污水厂的浓度大都超过1,000 ng/L。虽然其在污水厂的去除率则普遍较理想，介于50-100%，但因为进水浓度高，所以出水的浓度依然在一个较高的水平。 防晒霜4-benzophenone在污水厂最终出水的平均浓度为 3,597 ng/L 到5,790 ng/L。数据也显示目前大部分新型污染物的分析都只集中在液相，缺少诸如污泥和悬浮物质等固相中的浓度分析。
研究团队指出，目前对新型污染物的认识还不够，主要存在以下问题：
1. 新型污染物在污水厂和河流水体的空间上和暂时性的差异。原因包括了测量方法不统一，没有统一标准；瞬时采样不能反映真实的连续情况，这些污染物排放的空间和时间属性跟人们生活作息相关。
2. 缺少新型污染物在固相中的分配情况信息。目前大部分新型污染物的分析都仍集中在污水，缺少其在污泥等固相的含量分析。而很多化学物质，例如阿密曲替林(amitriptyline)、d-美沙酮代谢产物(EMDP)、度硫平(dosulepin)等，已经被发现以显著浓度存在于污水进水的悬浮固体物质中。
3. 新型污染物的最终形态和去向，以及对环境毒性生态影响仍有待更多研究。新型污染物的原始化学物经人体排出后往往会产生一些相关代谢物，虽然它们的量不大，但据报道它们的浓度更高，而且它们自身也具有药学活性。
研究人员在报告最后指出，要更好地认识新型污染物在污水和环境的去向，我们首先需要一个标准化的采样方法，这会确保数据的代表性和促进对污染物在时间和空间变化趋势的理解。第二，我们需要一个更具整体性的环境监测分析体系，应将新型污染物在污水悬浮固体以及在污泥中的含量分析纳入在内，这样有助完整了解它们的去向和对环境的影响。第三，传统的分析方法使用目标化筛选的低像素质谱图像无法识别许多变形产物，但这些产物的毒性跟源物质相似，所以有必要使用结合了生物检定的目标化和非目标化的筛选方法来更好地评估其生态影响。
目前的毒性分析方法没有监测手性化合物(chiral compounds)的 ，也无法了解各种对映异构体在环境中的分布情况和每个种类潜在毒性的区别。但这些信息对建立更加准确的环境风险评价来说至关重要，所以一个结合了化学和生物分析手段的评估体系将更好地解析新型污染物的环境影响。
参考资料
Bruce Petriea, Ruth Bardenb, Barbara Kasprzyk-Horderna, A review on emerging contaminants in wastewaters and the environment: Current knowledge, understudied areas and recommendations for future monitoring, Water Research 72 (2015), 3-27.