肖思海，杜娟，李軼，黃希望，王秋英

(1.徐州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，江蘇 徐州 221002；2.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098)

內(nèi)分泌干擾物(EDCs)是一種外源性物質(zhì)，能夠干擾生物體內(nèi)維持自穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)生殖發(fā)育和其他行為的荷爾蒙的合成、分泌、輸送、結(jié)合、作用和排泄[1]，其具有延時(shí)性、時(shí)段性和復(fù)雜性等特點(diǎn)。研究[2-5]表明，ρ(EDCs)在ng/L水平上即可產(chǎn)生內(nèi)分泌干擾作用，導(dǎo)致生殖細(xì)胞的畸變和繁殖率的下降，并能引起雄性生物的雌性化，對(duì)野生生物和人類的健康、生存及繁衍構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

水資源短缺已成為世界范圍內(nèi)廣泛存在的問(wèn)題，在我國(guó)尤為嚴(yán)重。污水回用是緩解水資源短缺的有效措施，故城市污水處理廠對(duì)各種有毒有害物質(zhì)的去除效果直接關(guān)系到污水回用的安全性。近年來(lái)，許多國(guó)家和地區(qū)都已經(jīng)開(kāi)展了城市污水處理廠出水中EDCs存在狀況的研究。目前我國(guó)對(duì)地表水中的內(nèi)分泌干擾物分布調(diào)查進(jìn)行的還很少，并且污水處理廠尾水中環(huán)境雌激素種類及含量水平具有顯著的地域性差異。

現(xiàn)對(duì)徐州地區(qū)的3家污水廠進(jìn)出水采樣5次，采用固相萃取技術(shù)進(jìn)行前處理，使用液相色譜質(zhì)譜儀對(duì)雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)、雙酚A(BPA)等5種雌激素進(jìn)行檢測(cè)。

1 材料與方法

1.1 主要試劑與儀器

雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)、雙酚A(BPA)標(biāo)準(zhǔn)品(Dr.Ehrenstorfer公司)；甲醇為色譜純(Merck&Co Inc.公司)；蒸餾水；去離子水(杭州娃哈哈集團(tuán))；水相濾膜(0.45 μm)；全自動(dòng)固相萃取儀(Gilson GX-274)；HLB固相萃取小柱(6 mL，200 mg，美國(guó)Waters公司)；定量濃縮儀(Buchi Snycore)；50 μL微量注射器；超高液相-串聯(lián)三重四級(jí)桿質(zhì)譜儀(Agilent 1290 Infinity UPLC-Agilent 6460 Triple Quad)。

分別準(zhǔn)確稱取EE2、E3、E2、E1、BPA標(biāo)準(zhǔn)品5 mg，用甲醇定容至10 mL，配成500 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，冰箱4℃儲(chǔ)存，試驗(yàn)時(shí)用甲醇稀釋至所需濃度。

1.2 固相萃取方法的建立優(yōu)化

樣品過(guò)柱流速和洗脫液過(guò)柱流速優(yōu)化見(jiàn)表1。

表1 樣品過(guò)柱流速和洗脫液過(guò)柱流速優(yōu)化

1.3 樣品采集、預(yù)處理與檢測(cè)

從徐州3家污水廠采取5批水樣，98%濃硫酸調(diào)節(jié)pH值為3，棕色瓶保存，預(yù)處理之前將樣品于4℃冰箱中保存，所有樣品于48 h內(nèi)進(jìn)行處理分析。

過(guò)濾：取500 mL水樣，用0.45 μm水相濾膜過(guò)濾以徹底去除水樣中的懸浮顆粒，使用真空泵抽濾以加快過(guò)濾速度。固相萃?。菏褂萌詣?dòng)固相萃取儀GX-274，用上述所建方法進(jìn)行固相萃取，以達(dá)到凈化和富集的目的。濃縮：使用定量濃縮儀Buchi Snycore將10 mL洗脫液定容到1 mL，以達(dá)到進(jìn)一步富集的目的。

樣品預(yù)處理之后采用LC-MS進(jìn)行檢測(cè)。液相條件：進(jìn)樣量：5 μL；泵流量：0.3 mL/min；有機(jī)溶劑：A，甲醇；B，2 mmol/L醋酸銨；梯度洗脫程序：0 min，70%B；0.5 min～6 min，20%B；6 min～8 min，10%B；8 min～9.5 min，70%B；柱溫：30 ℃。質(zhì)譜條件：離子源：ESI源；干燥氣：325 ℃高純氮?dú)?，流? L/min；碰撞氣流速：使用高純氮?dú)猓?41.3 kPa；鞘氣：350 ℃高純氮?dú)?，流? L/min；毛細(xì)管電壓：-3 500 V。

2 結(jié)果與討論

2.1 EDCs的去除

使用LC-MS對(duì)配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，以濃度y(μg/L)對(duì)峰面積x作線性回歸，得到回歸方程及相關(guān)性見(jiàn)表2，通過(guò)LC-MS檢測(cè)計(jì)算得出的3家污水廠對(duì)雌激素的去除效果見(jiàn)圖1。

表2 各物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖1 雌激素平均去除效果

污水處理廠對(duì)EDCs的去除與諸多因素有關(guān)，包括EDCs的理化特性、污水水質(zhì)、處理方法、污水處理廠的運(yùn)行條件(如溫度、水力停留時(shí)間、污泥齡和硝化作用環(huán)境)等，甚至與一個(gè)地區(qū)的氣候有關(guān)[6]?；钚晕勰喾ㄖ谐醮纬恋怼⒒瘜W(xué)沉淀和污泥吸附只能去除小部分EDCs，其去除主要靠生物降解[7-8]。

EE2值較高， 總體去除效果在80%以上，與已有研究的結(jié)果大致相吻合[9]，與Johnson等[10]的部分結(jié)果相吻合。

E3去除效果極不穩(wěn)定，部分水樣進(jìn)水中存在E3而出水中未檢測(cè)出E3，其他水樣E3去除率均較低，平均去除率只有60%左右，甚至有濃度增加的情況存在。這可能是由水處理過(guò)程中懸浮物對(duì)E3的吸附、解吸以及工藝HRT不夠長(zhǎng)造成的。

污水處理廠對(duì)E2基本不存在去除效果，這并不是指E2在污水處理過(guò)程中不存在被降解和被吸附的現(xiàn)象。任海燕等[11]研究表明，E2的存在對(duì)EE2的降解具有一定的抑制作用，當(dāng)EE2大量降解時(shí)，其產(chǎn)生的降解產(chǎn)物很可能會(huì)抑制E2的降解。其次，馬軍等[12]的研究指出，污水廠對(duì)內(nèi)分泌干擾物的降解主要是在二沉池中進(jìn)行的，一沉池出水中也存在內(nèi)分泌干擾物濃度上升的情況，如果二沉池的運(yùn)行條件不利于某種雌激素的降解，那么其濃度也可能會(huì)升高。除此之外，E2的濃度波動(dòng)受污水處理過(guò)程中的吸附和解吸的影響。

3家污水廠對(duì)E1的去除效果不穩(wěn)定，也有濃度增加的情況發(fā)生，這與Baronti等[9]的研究相類似，但與Yi等[13]的研究存在較大差異。E1是E2降解的中間產(chǎn)物[9]，其濃度同時(shí)也受吸附與解吸的影響。

3家使用不同處理工藝的污水對(duì)BPA都具有很好的去除效果，去除率均在90%以上，其中有40%樣的出水中未檢出BPA的存在。

5種雌激素中，BPA的去除率最高，其次為EE2；E2的去除率最低，平均去除率僅為5.36%，總體對(duì)雌激素的去除效果并不理想。

2.2 EDCs生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及優(yōu)先性控制分析

用雌二醇當(dāng)量(EEQ)表示各物質(zhì)的雌激素活性效應(yīng)，用風(fēng)險(xiǎn)商(RQ)表征各物質(zhì)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

EEQ=EEF×MEC

RQ=MEC/PNEC

式中：EEQ——雌二醇當(dāng)量，ng/L；

EEF——雌二醇當(dāng)量因子；

MEC——環(huán)境暴露質(zhì)量濃度，ng/L；

RQ——風(fēng)險(xiǎn)商；

PNEC——預(yù)測(cè)無(wú)影響質(zhì)量濃度，ng/L。

5種內(nèi)分泌干擾物的PNEC和EEF見(jiàn)表3。

表3 5種內(nèi)分泌干擾物的PNEC和EEF[14]

物質(zhì)PNEC/(ng·L-1)EEF雙酚A1185．00×10-217-α乙炔基雌二醇0．0028．71雌二醇10001雌三醇0．750．26雌酮0．160．59

2.2.1 情景模式Ⅰ(極端情況)

出水中內(nèi)分泌干擾物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)極端情況采用所有樣品中內(nèi)分泌干擾物濃度最大值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 出水e-EDCs雌二醇當(dāng)量(EEQ)和風(fēng)險(xiǎn)商(RQ) ng/L

2.2.2 情景模式Ⅱ(一般情況)

污水中內(nèi)分泌干擾物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)一般情況采用內(nèi)分泌干擾物濃度平均值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)圖2(a)(b)。

圖2 進(jìn)出水內(nèi)分泌干擾物的雌二醇當(dāng)量和風(fēng)險(xiǎn)商

由圖2(a)(b)可見(jiàn)，雌激素活性EE2>E2>E1>E3>1>BPA，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)EE2>E1>E3>1>E2>BPA。內(nèi)分泌干擾物中應(yīng)當(dāng)優(yōu)先進(jìn)行控制炔雌醇(EE2)、雌酮(E1)和雌三醇(E3)，這與文獻(xiàn)[14-15]的研究相吻合。

3 結(jié)論與建議

徐州3家污水處理廠的雌激素(除BPA)平均進(jìn)出水濃度較高，EE2和BPA具有較高的去除率，分別為84.89%和98.38%；但污水處理廠對(duì)E3、E2、E1去除效果不夠理想。經(jīng)對(duì)污水處理廠進(jìn)出水雌激素EEQ和RQ計(jì)算分析，徐州地區(qū)應(yīng)優(yōu)先控制的內(nèi)分泌干擾物為EE2、E1和E3。

[1] KORNER W,BOLZ U,SUBMUTH W,et al.Input/output balance of estrogenic active compounds in a major municipal sewage plant in Germany[J].Chemosphere,2000,40(9-11):1131-1142.

[2] HOLBROOK R D,LOVE N G,NOVAK J T.Sorption of 17beta-estradiol and 17alpha-ethinylestradiol by colloidal organic carbon derived from biological wastewater treatment systems[J].Environ Sci Technol,2004,38(12):3322-3329.

[3] SARMAH A K,NORTHCOTT G L,LEUSCH F D,et al.A survey of endocrine disrupting chemicals (EDCs) in municipal sewage and animal waste effluents in the waikato region of New Zealand[J].Sci Total Environ,2006,355(1-3):135-144.

[4] 劉先利,劉彬,鄧南圣.環(huán)境內(nèi)分泌干擾物研究進(jìn)展[J].上海環(huán)境科學(xué),2003,22(1):57-63.

[5] 李軼,饒婷,胡洪營(yíng).污水中內(nèi)分泌干擾物的去除技術(shù)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2009,18(4):1540-1545.

[6] BYRNS G.The fate of xenobiotic organic compounds in wastewa-ter treatment plants[J].Water Res,2001,35(10):2523-2533.

[7] BRAGA O,SMYTHE G A,SCHAFER A I,et al.Fate of steroid estrogens in australian inland and coastal wastewater treatment plants[J].Environ Sci Technol,2005,39(9):3351-3358.

[8] SVENSON A,ALLARD A S,EK M.Removal of estrogenicity in swedish municipal sewage treatment plants[J].Water Res,2003,37(18):4433-4443.

[9] BARONTI C,CURINI R,D'ASCENZO G,et al.Monitoring natural and synthetic estrogens at activated sludge sewage treatment plants and in a receiving river water[J].Environ Sci Technol,2000,24(34):5059-5066.

[10] JOHNSON A C,WILLIAMS R J.A model to estimate influent and effluent concentrations of estradiol,estrone,and ethinylestradiol at sewage treatment works[J].Environ Sci Technol,2004,38(13):3649-3658.

[11] 任海燕,紀(jì)樹(shù)蘭,崔成武,等.17α-乙炔基雌二醇的降解及其共基質(zhì)代謝特性[J].環(huán)境科學(xué)研究,2006,19(4):61-64.

[12] 馬軍,文剛,邵曉玲.城市污水處理廠各工藝階段內(nèi)分泌干擾物活性變化規(guī)律研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(1):63-67.

[13] YI T,HARPER W J.The link between nitrification and biotransformation of 17alpha-ethinylestradiol[J].Environ Sci Technol,2007,41(12):4311-4316.

[14] 隋倩,黃俊,余剛.中國(guó)城市污水處理廠內(nèi)分泌干擾物控制優(yōu)先性分析[J].環(huán)境科學(xué),2009,30(2):384-390.

[15] 孫艷,黃璜,胡洪營(yíng),等.污水處理廠出水中雌激素活性物質(zhì)濃度與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平[J].環(huán)境科學(xué)研究,2010(12):1488-1493.