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水环境中的哪些微污染物值得更多关注? 精选

已有 4988 次阅读 2023-7-15 21:06 |系统分类:科研笔记

随着人口增长、工业化、城市化和农业化等进程的加速,水环境面临着越来越严重的污染和压力。除了常见的有机物、氮磷等营养物质、重金属等污染物外,还有一些微量但具有高毒性、高持久性和高生物累积性的污染物,如药品与个人护理用品(PPCPs)、激素、消毒副产物(DBPs)、全氟化合物(PFASs)、抗生素抗性基因(ARGs)等,这些污染物被称为水环境中的微污染物。


微污染物是指在水环境中以纳克级或微克级浓度存在的有机或无机化合物,它们通常具有难以降解、易于生物富集、对生态系统和人类健康具有潜在危害等特点。微污染物的来源主要包括医疗机构、家庭生活、畜牧业、农业、工业等各个领域,它们通过污水排放、地表径流、大气沉降等途径进入水环境,并在水体中发生迁移、转化和累积,形成复杂的污染网络。


由于微污染物种类繁多、结构复杂、检测困难、毒性机制不明,目前对于它们的监测标准、风险评估和控制措施都还缺乏统一和完善。因此,水环境中的微污染物已成为全球关注的新型环境问题,需要加强科学研究和政策制定,以保护水资源和健康。以下介绍水环境中值得更多关注的几类微污染物。


药品与个人护理用品(PPCPs)


药品与个人护理用品(PPCPs)是指用于医疗治疗或个人卫生保健的各种化学物质,包括抗生素、解热镇痛药、激素类药物、精神类药物、避孕药、防晒霜、洗发水、香水等。PPCPs在日常生活中广泛使用,但其中许多成分并不完全被人体代谢或吸收,而是通过尿液或粪便排出,并最终进入水环境。此外,过期或废弃的药品也可能被随意丢弃或冲入下水道,造成水体污染。


据估计,全球每年约有1.3万吨的药物进入水环境,其中抗生素的排放量最大,达到了3.5吨。PPCPs在水环境中的浓度一般在纳克级或微克级,但由于它们具有生物活性和药理活性,可能对水生生物和人类健康产生不良影响。例如,抗生素可能导致水生细菌的耐药性增强,破坏水体的自净能力,增加人类感染耐药菌的风险;激素类药物可能干扰水生动物的内分泌系统,导致性别异常、繁殖障碍、发育畸形等;精神类药物可能影响水生动物的行为和神经系统,降低其适应能力和生存能力。


目前,对于PPCPs在水环境中的监测、评估和控制还存在许多挑战和困难。首先,PPCPs的种类繁多,且不断出现新的化合物,需要开发更高效、更灵敏、更全面的检测方法和技术;其次,PPCPs在水环境中的迁移、转化、累积和生态效应还不清楚,需要深入研究它们的环境行为和毒理机制;再次,PPCPs在水环境中的安全浓度和风险评价标准还缺乏,需要建立科学合理的评价体系和管理制度;最后,PPCPs在水环境中的去除效率和成本还不理想,需要开发更先进、更经济、更可持续的处理技术和方案。


消毒副产物(DBPs)                   


消毒副产物(DBPs)是指在饮用水消毒过程中,消毒剂(如氯、臭氧、氯胺等)与水中有机物或无机物发生反应而生成的一类化合物。DBPs主要包括三卤甲烷(THMs)、卤酸(HAAs)、卤乙酸(HANs)、卤丙酮(HPs)、卤苯酚(HPhs)、卤乙酸酯(HANs)、卤乙醇(HALs)、卤乙酮(HKs)、卤乙醛(HALDs)、亚硝胺类(NDMA)等。DBPs在水中以微量存在,但具有致癌、致突变、致畸等毒性效应。


据估计,全球每年约有1.8万吨的DBPs进入水环境。DBPs在水环境中的来源主要有两个方面:一是自来水厂对原水进行消毒处理后排放的废水;二是自来水管网中残留的消毒剂与管道材料或管网渗漏的有机物反应而生成。DBPs在水环境中的浓度一般在纳克级或微克级,但由于它们具有高活性和高稳定性,可能对水生生物和人类健康产生不良影响。例如,THMs可能增加人类患膀胱癌、结肠癌、肝癌等癌症的风险;HAAs可能引起人类胎儿畸形、流产等不良妊娠结局。


全氟化合物(PFASs)                     


全氟化合物(PFASs)是指含有氟原子取代所有或部分氢原子的有机化合物,包括全氟烷基磺酸(PFOS)、全氟辛酸(PFOA)、全氟丁基磺酸(PFBS)、全氟戊基磺酸(PFHxS)等。PFASs具有优异的耐热、耐水、耐油、耐污等性能,被广泛应用于消防泡沫、防水涂料、防污纺织品、食品包装材料、电子产品等各个领域。PFASs在环境中以微量存在,但具有高持久性、高生物累积性和高毒性。


据估计,全球每年约有6.4万吨的PFASs进入水环境。PFASs在水环境中的来源主要有两个方面:一是工业生产和使用过程中的排放;二是消费品的使用和废弃过程中的释放。PFASs在水环境中的浓度一般在纳克级或微克级,但由于它们具有强大的生物富集能力,可能在水生生物和人类体内达到更高的浓度,并对其产生不良影响。例如,PFOS和PFOA可能干扰人类和动物的内分泌系统,导致甲状腺功能异常、生殖功能障碍、免疫系统抑制等;PFASs还可能增加人类患肝癌、肾癌、睾丸癌等癌症的风险。


目前,对于PFASs在水环境中的监测、评估和控制还存在许多挑战和困难。首先,PFASs的种类繁多,且不断出现新的化合物,需要开发更高效、更灵敏、更全面的检测方法和技术;其次,PFASs在水环境中的迁移、转化、累积和生态效应还不清楚,需要深入研究它们的环境行为和毒理机制;再次,PFASs在水环境中的安全浓度和风险评价标准还缺乏,需要建立科学合理的评价体系和管理制度;最后,PFASs在水环境中的去除效率和成本还不理想,需要开发更先进、更经济、更可持续的处理技术和方案。


抗生素抗性基因(ARGs)                       


抗生素抗性基因(ARGs)是指能够使细菌对抗生素产生抵抗或耐受的基因,包括编码抗生素降解酶、改变靶点结构或表达量、增加外排泵活性或数量等机制的基因。ARGs在自然界中广泛存在,但由于人类过度使用或滥用抗生素,导致了ARGs在环境中的扩散和增殖。ARGs可以通过水环境中的细菌间基因转移(如质粒介导、噬菌体介导等)或者水-土-植物-动物-人类的食物链传递,形成复杂的污染网络。


据估计,全球每年约有1.5万吨的抗生素进入水环境,其中大部分来自于畜牧业和养殖业的排放。抗生素在水环境中的浓度一般在纳克级或微克级,但由于它们具有选择性压力,可能促进水生细菌中ARGs的表达和扩散。ARGs在水环境中的浓度一般在每毫升几百到几千个拷贝,但由于它们具有高传播性和高适应性,可能导致水生细菌形成多重耐药或超级耐药,破坏水体的自净能力,增加人类感染耐药菌的风险。


目前,对于ARGs在水环境中的监测、评估和控制还存在许多挑战和困难。首先,ARGs的种类繁多,且不断出现新的变异,需要开发更高效、更灵敏、更全面的检测方法和技术;其次,ARGs在水环境中的迁移、转化、累积和生态效应还不清楚,需要深入研究它们的环境行为和毒理机制;再次,ARGs在水环境中的安全浓度和风险评价标准还缺乏,需要建立科学合理的评价体系和管理制度;最后,ARGs在水环境中的去除效率和成本还不理想,需要开发更先进、更经济、更可持续的处理技术和方案。


水环境中的微污染物是一种新型的环境问题,它们对水资源和人类健康具有潜在的危害。水环境中值得更多关注的几类微污染物:PPCPs、DBPs、PFASs和ARGs,及它们的来源、浓度、毒性和影响。需要指出,目前对于这些微污染物在水环境中的监测、评估和控制存在的挑战和困难,希望本文能够引起读者对水环境中微污染物问题的关注和重视,促进相关领域的科学研究和政策制定。




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