徐州市污水厂内分泌干扰物的去除及生态风险评价

肖思海，杜娟，李轶，黄希望，王秋英

(1.徐州市环境监测中心站，江苏 徐州 221002；2.河海大学环境学院，江苏 南京 210098)

内分泌干扰物(EDCs)是一种外源性物质，能够干扰生物体内维持自稳定性、调节生殖发育和其他行为的荷尔蒙的合成、分泌、输送、结合、作用和排泄[1]，其具有延时性、时段性和复杂性等特点。研究[2-5]表明，ρ(EDCs)在ng/L水平上即可产生内分泌干扰作用，导致生殖细胞的畸变和繁殖率的下降，并能引起雄性生物的雌性化，对野生生物和人类的健康、生存及繁衍构成严重威胁。

水资源短缺已成为世界范围内广泛存在的问题，在我国尤为严重。污水回用是缓解水资源短缺的有效措施，故城市污水处理厂对各种有毒有害物质的去除效果直接关系到污水回用的安全性。近年来，许多国家和地区都已经开展了城市污水处理厂出水中EDCs存在状况的研究。目前我国对地表水中的内分泌干扰物分布调查进行的还很少，并且污水处理厂尾水中环境雌激素种类及含量水平具有显著的地域性差异。

现对徐州地区的3家污水厂进出水采样5次，采用固相萃取技术进行前处理，使用液相色谱质谱仪对雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)、双酚A(BPA)等5种雌激素进行检测。

1 材料与方法

1.1 主要试剂与仪器

雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)、双酚A(BPA)标准品(Dr.Ehrenstorfer公司)；甲醇为色谱纯(Merck&Co Inc.公司)；蒸馏水；去离子水(杭州娃哈哈集团)；水相滤膜(0.45 μm)；全自动固相萃取仪(Gilson GX-274)；HLB固相萃取小柱(6 mL，200 mg，美国Waters公司)；定量浓缩仪(Buchi Snycore)；50 μL微量注射器；超高液相-串联三重四级杆质谱仪(Agilent 1290 Infinity UPLC-Agilent 6460 Triple Quad)。

分别准确称取EE2、E3、E2、E1、BPA标准品5 mg，用甲醇定容至10 mL，配成500 mg/L的标准储备液，冰箱4℃储存，试验时用甲醇稀释至所需浓度。

1.2 固相萃取方法的建立优化

样品过柱流速和洗脱液过柱流速优化见表1。

表1 样品过柱流速和洗脱液过柱流速优化

1.3 样品采集、预处理与检测

从徐州3家污水厂采取5批水样，98%浓硫酸调节pH值为3，棕色瓶保存，预处理之前将样品于4℃冰箱中保存，所有样品于48 h内进行处理分析。

过滤：取500 mL水样，用0.45 μm水相滤膜过滤以彻底去除水样中的悬浮颗粒，使用真空泵抽滤以加快过滤速度。固相萃取：使用全自动固相萃取仪GX-274，用上述所建方法进行固相萃取，以达到净化和富集的目的。浓缩：使用定量浓缩仪Buchi Snycore将10 mL洗脱液定容到1 mL，以达到进一步富集的目的。

样品预处理之后采用LC-MS进行检测。液相条件：进样量：5 μL；泵流量：0.3 mL/min；有机溶剂：A，甲醇；B，2 mmol/L醋酸铵；梯度洗脱程序：0 min，70%B；0.5 min～6 min，20%B；6 min～8 min，10%B；8 min～9.5 min，70%B；柱温：30 ℃。质谱条件：离子源：ESI源；干燥气：325 ℃高纯氮气，流量6 L/min；碰撞气流速：使用高纯氮气，241.3 kPa；鞘气：350 ℃高纯氮气，流量9 L/min；毛细管电压：-3 500 V。

2 结果与讨论

2.1 EDCs的去除

使用LC-MS对配制的标准溶液进行检测，以浓度y(μg/L)对峰面积x作线性回归，得到回归方程及相关性见表2，通过LC-MS检测计算得出的3家污水厂对雌激素的去除效果见图1。

表2 各物质标准曲线

图1 雌激素平均去除效果

污水处理厂对EDCs的去除与诸多因素有关，包括EDCs的理化特性、污水水质、处理方法、污水处理厂的运行条件(如温度、水力停留时间、污泥龄和硝化作用环境)等，甚至与一个地区的气候有关[6]。活性污泥法中初次沉淀、化学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值较高， 总体去除效果在80%以上，与已有研究的结果大致相吻合[9]，与Johnson等[10]的部分结果相吻合。

E3去除效果极不稳定，部分水样进水中存在E3而出水中未检测出E3，其他水样E3去除率均较低，平均去除率只有60%左右，甚至有浓度增加的情况存在。这可能是由水处理过程中悬浮物对E3的吸附、解吸以及工艺HRT不够长造成的。

污水处理厂对E2基本不存在去除效果，这并不是指E2在污水处理过程中不存在被降解和被吸附的现象。任海燕等[11]研究表明，E2的存在对EE2的降解具有一定的抑制作用，当EE2大量降解时，其产生的降解产物很可能会抑制E2的降解。其次，马军等[12]的研究指出，污水厂对内分泌干扰物的降解主要是在二沉池中进行的，一沉池出水中也存在内分泌干扰物浓度上升的情况，如果二沉池的运行条件不利于某种雌激素的降解，那么其浓度也可能会升高。除此之外，E2的浓度波动受污水处理过程中的吸附和解吸的影响。

3家污水厂对E1的去除效果不稳定，也有浓度增加的情况发生，这与Baronti等[9]的研究相类似，但与Yi等[13]的研究存在较大差异。E1是E2降解的中间产物[9]，其浓度同时也受吸附与解吸的影响。

3家使用不同处理工艺的污水对BPA都具有很好的去除效果，去除率均在90%以上，其中有40%样的出水中未检出BPA的存在。

5种雌激素中，BPA的去除率最高，其次为EE2；E2的去除率最低，平均去除率仅为5.36%，总体对雌激素的去除效果并不理想。

2.2 EDCs生态风险及优先性控制分析

用雌二醇当量(EEQ)表示各物质的雌激素活性效应，用风险商(RQ)表征各物质的生态风险。

EEQ=EEF×MEC

RQ=MEC/PNEC

式中：EEQ——雌二醇当量，ng/L；

EEF——雌二醇当量因子；

MEC——环境暴露质量浓度，ng/L；

RQ——风险商；

PNEC——预测无影响质量浓度，ng/L。

5种内分泌干扰物的PNEC和EEF见表3。

表3 5种内分泌干扰物的PNEC和EEF[14]

物质PNEC/(ng·L-1)EEF双酚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(极端情况)

出水中内分泌干扰物的生态风险极端情况采用所有样品中内分泌干扰物浓度最大值进行计算，结果见表4。

表4 出水e-EDCs雌二醇当量(EEQ)和风险商(RQ) ng/L

2.2.2 情景模式Ⅱ(一般情况)

污水中内分泌干扰物的生态风险一般情况采用内分泌干扰物浓度平均值进行计算，结果见图2(a)(b)。

图2 进出水内分泌干扰物的雌二醇当量和风险商

由图2(a)(b)可见，雌激素活性EE2>E2>E1>E3>1>BPA，生态风险EE2>E1>E3>1>E2>BPA。内分泌干扰物中应当优先进行控制炔雌醇(EE2)、雌酮(E1)和雌三醇(E3)，这与文献[14-15]的研究相吻合。

3 结论与建议

徐州3家污水处理厂的雌激素(除BPA)平均进出水浓度较高，EE2和BPA具有较高的去除率，分别为84.89%和98.38%；但污水处理厂对E3、E2、E1去除效果不够理想。经对污水处理厂进出水雌激素EEQ和RQ计算分析，徐州地区应优先控制的内分泌干扰物为EE2、E1和E3。

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