周 鴻 ，樊建軍 ，王占生

（1.廣州大學(xué)土木工程學(xué)院市政工程系，廣東廣州 510006；2.廣州大學(xué)珠江三角洲水質(zhì)安全與保護(hù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510006；3.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084）

“雌激素”是天然雌激素和合成性雌激素的總稱。天然雌激素包括雌性生物體分泌的雌酮（Estrone，E1）、雌二醇（Estradiol，E2）、雌三醇（Estriol，E3）等，合成性雌激素主要用于治療懷孕女性早期流產(chǎn)、更年期障礙、骨質(zhì)疏松癥、卵巢機(jī)能失調(diào)等，并且是避孕藥的主要成分，如己烯雌酚（Diethylstilbestrol，DES）、炔雌醇甲醚（mestranol，MeEE2）和炔雌醇（EE2）等[1-3]。

1 水體中常見的雌激素種類和含量

由于水體的稀釋作用，水環(huán)境中雌激素的濃度多為ng／L水平[4-7]。例如，意大利、荷蘭、德國、加拿大等國家的污水廠出水中，E2變化范圍是＜0.1～64 ng／L，EE2 的濃度為 15～42 ng／L，E3 最高可達(dá)82 ng／L，E1最高濃度為70 ng／L。加拿大和德國15條河流中僅檢出E1，最高濃度僅為 1.6 ng／L；意大利羅馬 Tiber河水中檢出 E1、E2、E3、EE2四種雌激素，濃度為 0.04 ng／L（E2）～1.5 ng／L（E1）。日本國土交通省1998年～1999年的水質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)處理的生活污水中人體雌激素含量高達(dá)150 ng／L，經(jīng)處理后，可減少為7.3 ng／L，但是這個(gè)問題仍然不可忽視[8-9]。

我國有關(guān)水質(zhì)調(diào)查結(jié)果表明[10]，錢塘江流域的8個(gè)采樣點(diǎn)中，有7個(gè)檢測出了EE2，其濃度范圍在1.17～ 3.35 ng／L 之間，1 個(gè)采樣點(diǎn)檢測出 E2，濃度為0.32 ng／L；太湖梅梁灣三個(gè)不同采樣點(diǎn)均檢出了E2和 EE2，濃度為 1.6～15.5 ng／L 和 5.7～30.8 ng／L[11]。青島海泊河水中的溶解態(tài) E3、E2、E1、EE2的濃度分別高達(dá) 56.6，31，97 ng ／L 和 70 ng ／L[12]；2006 年對(duì)松花江中13種內(nèi)分泌干擾物的初步調(diào)查結(jié)果表明，哈爾濱段江水中檢出的5種雌激素E1、E2、E3、EE2、DES 的濃度分別為 28～65，15～29，10～66，9～13，3～6 ng／L，濃度普遍較高[13,14]。

2 水體中雌激素的來源及性質(zhì)

2.1 來源

水體中雌激素的來源主要有兩個(gè)：人體排出物和其它動(dòng)物或牲畜的排泄。據(jù)統(tǒng)計(jì)，正常代謝的女性每人每天分泌雌激素10～100 μg，孕期的女性每天分泌的雌激素可以達(dá)到3 mg（以E3為主）。有報(bào)告表明，每人每天排出尿 0.9～1.2 L，其中含有1.0～3.0 μg 雌二醇（E2）、3.9～8.0 μg 雌酮（E1）、1.0～3.0 μg 雌三醇（E3）以及大量其它以非活性形式存在的衍生物；與自由態(tài)雌激素相比，這些衍生物的極性和親水性較強(qiáng)，且雌激素活性明顯較低；人的糞便中則主要含有自由態(tài)的雌激素[9]。

表1 人體每天排出的雌激素量（μg／d）Tab.1 Contents of Estrogens Excreted per Person per Day(μg ／d)

表1所示為人體每天排出的雌激素量[18]，雖然由于人種、遺傳、生活環(huán)境等多種因素的影響，東西方可能存在一定差異，但可以假定在同一數(shù)量級(jí)上。2010年全國第六次人口普查時(shí)，我國總?cè)丝跀?shù)為13.7 億，其中，女性為 65 287 萬人，占 48.73%[19]。根據(jù)2001年抽樣調(diào)查不同年齡段人口調(diào)查結(jié)果[20]和1999～2000年我國每年出生的人口數(shù)（約為1600～1900萬），估算一下每年我國人口可能排出的天然雌激素量約為 115 185.14 g／d，其中，E1、E2、E3濃度分別為 15 415.07，6 696.68 g／d 和 93 073.39 g／d，所占比例分別為 13.34%，5.85%和 80.81%，以雌三醇為主。

有研究表明，服用避孕藥的女性每天排出的EE2約為30～35 μg[18]。我國是避孕藥生產(chǎn)量和銷售量較大的國家；若人數(shù)按20～50歲成年女性（除孕婦外）的1／100計(jì)，我國人口每天可能排出的EE2約為53 471 kg。

環(huán)境中雌激素的另一個(gè)主要來源是動(dòng)物或牲畜的排泄：動(dòng)物或牲畜每天會(huì)排出一定量的天然雌激素，某些合成性雌激素常常用于刺激牲畜的發(fā)育或生長，其中一部分會(huì)由排泄途徑進(jìn)入環(huán)境。

2.2 常見雌激素的性質(zhì)

表2列出六種常見雌激素的基本物化性質(zhì)[18,21,22]，天然雌激素和合成性雌激素各三種。從表中可以看出，合成雌激素炔雌醇和炔雌醚的溶解度分別為 4.8 mg／L 和 0.3 mg／L，遠(yuǎn)低于三種天然雌激素（13 mg／L），均屬于疏水性有機(jī)物。除DES以外的五種雌激素蒸汽壓都很低，在 6.7×10-15～2.3×10-10mmHg之間，其中，雌三醇的蒸汽壓最低。

表2 常見雌激素的基本物化性質(zhì)Tab.2 Basic Physicochemical Natures of Common Estrogens

可以根據(jù)蒸汽壓、分子量和在水中的溶解度計(jì)算亨利常數(shù)[23]，公式為：

根據(jù)該式計(jì)算五種雌激素的亨利常數(shù)，得到的結(jié)果列于表3。從表中可以看出，除炔雌醚外，其它四種雌激素的亨利常數(shù)均低于 1.0×10-10atm·m3／mol，所以它們都是低揮發(fā)性有機(jī)物。炔雌醚的亨利常數(shù)為 1.02×10-9atm·m3／mol，接近界限值，揮發(fā)性雖然高于其它四種雌激素，但是揮發(fā)性也較低。

3 雌激素在環(huán)境中的遷移變化及水處理效率

3.1 雌激素在環(huán)境中的遷移變化

根據(jù)以上所述雌激素的物化性質(zhì)，可以知道，雌激素進(jìn)入環(huán)境后，由于其高疏水性和低揮發(fā)性，液相中雌激素濃度降低的主要途徑是土壤或沉積物的吸附，土壤有機(jī)碳吸附常數(shù)Koc和半衰期也列在表3中[24-26]。Lai等人研究表明，這5種雌激素在土壤或河流沉積物上的吸附過程均符合經(jīng)典的Freundlich模型。已有研究表明，E2或EE2的濃度為0.5 ng／L時(shí)即可能在指示生物體顯示出雌激素作用，幾個(gè)ng／L的雌激素就有可能對(duì)魚類的繁殖形成障礙[27]。

除了吸附于土壤或其它沉積物以外，雌激素在環(huán)境中的另一個(gè)主要遷移途徑就是降解。當(dāng)雌激素存在于人體或動(dòng)物體中，其主要在生物體的肝臟內(nèi)發(fā)生變化，包括氧化、羥基化、脫羥基化或甲基化作用等，然后與葡糖醛酸或硫酸鹽發(fā)生共軛作用[28]。

表3 五種雌激素的亨利常數(shù)、吸附常數(shù)和半衰期Tab.3 Henry Constants,Adsorption Constants and Half-Life Period of Five Kinds Estrogens

3.2 水處理工藝對(duì)雌激素的影響

雌激素可能由于污染地表水或地下水源而進(jìn)入給水處理廠，也會(huì)隨生活污水或其它途徑進(jìn)入污水處理廠。有研究表明，Biwa湖水經(jīng)過氯化后，內(nèi)分泌干擾作用增加了2.3倍，說明氯化作用會(huì)增加內(nèi)分泌干擾性[29]。常規(guī)污水處理工藝，尤其是生物處理單元能有效地去除水中的內(nèi)分泌干擾物及其前體物，如雌二醇、炔雌醇、雌酮和壬基酚聚氧乙烯醚（nonylphenol polyethoxylates ，NPEOs）等[30-37]。

對(duì)不同地區(qū)水廠的給水處理工藝中雌激素類物質(zhì)的變化研究表明[15-17]，常規(guī)水處理工藝對(duì)這類物質(zhì)的去除率不高。生物陶粒單元在控制飲用水有機(jī)物種類和減少毒性物質(zhì)方面有優(yōu)越性，例如，生物處理單元對(duì)官廳水系特有污染物質(zhì)阿特拉津具有一定的去除能力[38]。近年來，有研究表明，常規(guī)給水工藝對(duì)松花江水源水中的雌激素活性物質(zhì)具有一定的去除率，其中，以混凝沉淀工藝的去除效果最為穩(wěn)定,而砂濾與氯消毒工藝對(duì)其去除效果不穩(wěn)定[39]。酵母雙雜交試驗(yàn)顯示，壬基酚（nonylphenol，NP）經(jīng)過氯消毒產(chǎn)生的混合物具有雌激素抑制作用[40]；雙酚A在氯消毒過程中會(huì)反應(yīng)消失，但是其消毒副產(chǎn)物的內(nèi)分泌干擾作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雙酚A本身的作用。

4 內(nèi)分泌干擾物雌激素強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法

4.1 不同雌激素強(qiáng)度評(píng)價(jià)方法

采用生物檢測方法可快速測定或篩選內(nèi)分泌干擾物，并確定其內(nèi)分泌干擾活性。與儀器分析相比，生物檢測法主要有活體外試驗(yàn)（in vitro）和活體內(nèi)試驗(yàn)（in vivo）兩種，具有相對(duì)經(jīng)濟(jì)、前處理不復(fù)雜、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)[41]?；铙w外試驗(yàn)包括雌激素受體（estrogen receptor，ER）試驗(yàn)和雄激素受體（androgen receptor，AR）試驗(yàn)，其中，兩種應(yīng)用較多的雌激素受體試驗(yàn)方法是ER復(fù)寫活性化試驗(yàn)（MVLN法）和ER轉(zhuǎn)錄活性化試驗(yàn)（酵母法）。其中，MVLN法是應(yīng)用ER陽性的人乳腺癌細(xì)胞株MCF-7建立的一種穩(wěn)定轉(zhuǎn)染的細(xì)胞株，能夠表達(dá)激素受體蛋白。體外試驗(yàn)具有靈敏、經(jīng)濟(jì)、快速等優(yōu)點(diǎn)，能提供有關(guān)作用機(jī)理方面的信息，但觀察不到EDCs對(duì)體內(nèi)代謝、相互作用及生物蓄積效應(yīng)等的影響。一般將體外試驗(yàn)作為環(huán)境雌激素的初步評(píng)價(jià)方法，最終確定是否具有雌激素活性須進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)[42]。

4.2 水體內(nèi)分泌干擾物雌激素強(qiáng)度評(píng)價(jià)實(shí)例

不同內(nèi)分泌干擾物的雌激素強(qiáng)度不同，一般以E2的雌激素強(qiáng)度為1.0，其它物質(zhì)與E2相比較，即可得出相對(duì)雌激素強(qiáng)度。表4所示為采用生物檢測法得出的幾種常見物質(zhì)的相對(duì)雌激素強(qiáng)度[43,44]。從表中可以看出，雌酮的雌激素強(qiáng)度為E2的1%，雌三醇的雌激素強(qiáng)度不到E2的10%；合成性雌激素EE2和DES的雌激素強(qiáng)度則高于E2，是E2的1.25倍。人工合成物雙酚A的雌激素強(qiáng)度為E2的0.27%；4-壬基酚的雌激素強(qiáng)度是雙酚A的20倍?？梢姡铣尚源萍に貎?nèi)分泌干擾性最強(qiáng)。

采用MVLN細(xì)胞進(jìn)行雌激素活性測定時(shí)，一般以17β-雌二醇為標(biāo)準(zhǔn)物計(jì)算待測物質(zhì)的熒光素酶相對(duì)活性，公式如下所示[43]。

熒光素酶相對(duì)活性（%）=（Lt-Lc）／（LE-Lc）×100%

式中：LE——17β-雌二醇濃度為1.0×10-9M時(shí)的相對(duì)光照度值（Relative light units，RLU）；

Lc——某種特殊細(xì)胞溶菌液的RLU值；

Lt——某待測物質(zhì)或溶液的RLU值。

表4 不同物質(zhì)的雌激素活性評(píng)價(jià)Tab.4 Evaluation of Estrogen Activity on Different Substances

其中，RLU用照度計(jì)測定，然后可根據(jù)上式計(jì)算待測物質(zhì)或溶液的熒光素酶相對(duì)活性，該物質(zhì)的雌激素活性則為熒光素酶相對(duì)活性與相對(duì)雌激素強(qiáng)度（待測物質(zhì)或溶液濃度與標(biāo)準(zhǔn)物濃度的比值）的乘積。

表5 錢塘江水中三種內(nèi)分泌干擾物的雌激素活性比較Tab.5 Comparation of Estrogen Activity of Three Kinds EDCs in Qiantang River

以錢塘江某水樣測定結(jié)果為例[10,44]，計(jì)算同一水樣中不同內(nèi)分泌干擾物的雌激素活性。水樣中檢出了雙酚A、EE2和E2三種內(nèi)分泌干擾物，各自的濃度及其內(nèi)分泌干擾活性如表5所示。水樣中EE2的雌激素作用占92.2%，雙酚A雖然濃度最高，其雌激素作用僅占0.048%，E2占7.76%。這說明濃度較高、相對(duì)雌激素強(qiáng)度較低的物質(zhì)雌激素作用遠(yuǎn)低于濃度較低但相對(duì)雌激素強(qiáng)度較大的物質(zhì)。

5 結(jié)論

綜上所述，我國水環(huán)境中的雌激素污染狀況成為值得重視的問題之一，還有研究者提出將雌激素活性作為飲用水水質(zhì)指標(biāo)之一[45]。因此，根據(jù)雌激素的主要物化性質(zhì)研究在水環(huán)境及水工藝流程中的雌激素遷移變化規(guī)律，盡可能降低雌激素污染風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前給排水處理工作者的主要任務(wù)之一。

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