药理活性化合物处理的研究进展

郭晓辉 刘勇

摘要：药理活性化合物（Phacs）是环境中的一类外源性化学物质并广泛用做人体（或动物）的药品。Phacs通常表现出一定的环境激素和微生物毒性以及“三致”作用，降低酶的活性，进而影响其迁移转化行为，导致现有的生物污水处理工艺不能对其有效地去除。近年来面对日益严峻的水体污染问题，对于Phacs的特性及其处理的研究已成为环境科学领域的研究热点之一。本文从我国药理活性化合物的环境污染现状，在城市水系统中的迁移转化规律以及Phacs的生物积累毒性等方面进行了综述和展望。

关键词：药理活性化合物 迁移转化 生物积累 展望

中图分类号：R285文献标识码：A文章编号：1009-5349（2016）09-0238-02

随着科学技术的发展和经济水平的提高，人们的生活水平与方式有了很大的改善。环境中的新型微量污染物引起了人们的广泛关注得益于环境分析技术、条件的提高和居民环境意识的增强。其中，药理活性化合物Phacs（pharmaceutically active compounds）是最主要的一类。

新型微量污染物常具有一定的环境激素毒性、遗传毒性、微生物毒性和高积累性，它们的迁移行为不仅会污染环境、破坏生态平衡，而且能够通过食物链等途径直接危害人体健康。因此，发展新型微量污染物处理工艺已经成为环境工作者的迫切任务之一。

一、我国Phacs环境污染状况

（一）环境中Phacs的来源

环境中Phacs的污染来源有生活污水、工业以及医院废水等已处理水的排放；渔业、畜牧业等农业活动废水往往不经过处理，直接排放至自然水体或渗透入地下，成为环境中Phacs的重要来源；同时，过期药品的不恰当处理等居民的日常活动也会造成Phacs的流入。Phacs的最主要环境污染来源是，人类或动物服用药物后，大约只有10-70%被代谢掉，大量未经代谢的药物间接或者直接排入到环境中。[1]制药过程中产生大量的有毒难降解的高浓度废水，而传统的生化处理不能将废水内残留的药物有效去除或降解，导致其废水、废渣中含有多种药物，使得其成为重要的污染源之一。[2]此外，过期药物的不适当处理也是Phacs进入水体环境的原因。[3]在传统的污水处理厂中，污染物的降解主要是微生物降解和活性污泥的去除，大多数Phacs很难被降解，最终进入到水环境中。再者，在大型的集中型农业产业中，Phacs的使用种类和剂量都十分巨大，其进入环境的途径与人类相似；又因为其排放的废水很难进行集中处理，使得畜牧和水产养殖等农副产业对于环境的影响更加明显。

（二）环境中Phacs可能的危害

大多数Phacs都以痕量存在于环境，这是基于其中的许多组分的生物活性和旋光性较强，[4]以至于广泛分布于环境中，包括河湖、土壤和污泥甚至地下水中均有研究表明其存在。Phacs的持久性、较强的生物活性、累积性以及生物降解缓慢等特点，使得其即使以痕量存在于自然中，也使暴露于其中的动植物、人类以及生态系统长期处于被危害和破坏的潜在危险之中。具体包括：高等生物的性别比、昆虫蜕皮或幼仔孵化的失败发生概率、地球的生物化学局部循环过程的变化等各类被环境中残留的Phacs所影响的方式。[5]

药品能抑制或促进人体或动物的某些生理功能，因而经过人体摄入药物后排泄到环境中的代谢产物或残留物有可能随着食物链等途径危害其他生物。[6]Phacs对于土壤中的微生物群落组成有着相似的影响：残留在土壤中的药物，能够直接杀死或者抑制土壤环境中的某些微生物，进而对土壤中有机物质的腐烂分解起到负面作用，降低了肥力，土壤中的微生物因为能量不足而影响到其他污染物降解或吸附作用。

二、Phacs在城市水系统中的迁移转化规律

（一）城市污水系统中Phacs的转化迁移行为

城市污水处理厂中Phacs的迁移转化方式一般包括：矿化（完全转化为水和二氧化碳）；被污泥吸附（包括母体和代谢或降解物）；部分母体和降解、代谢物随出水排放进入环境三种途径。城市中污水大部分被集中收集处理，由于Phacs经过人体代谢以及在污水中得到一定的降解，并且在各个处理单元中含有大量干扰其测定的有机物因素，因此在城市污水系统中检测到的Phacs含量相对较低。但是因人体代谢和污水厂生物处理而产生的代谢产物种类复杂，对居民健康和生态也会产生一定影响。

吸附是去除污水中疏水性难降解有机物的一个重要途径。活性污泥作为一种胞外聚合物絮体，因其中具有多孔结构，而对有机物具有很好的表面吸附性。在污水中与活性污泥接触的以胶体状的悬浮有机物被吸附和凝集的同时，Phacs也随之而去。X.Kan[7]等研究发现，香料佳乐麝香和吐纳麝香可以在过滤过程中被固体颗粒吸附而得到一定程度的去除。实验检测到其在生物反应器出水中总质量浓度由30、8.6μg/L分别降至2、0.5μg/L。该法适用于Phacs类物质在固相中的分配系数较高时，利用胶体物质的吸附作用再经过滤、沉淀等方式将其去除。

（二）自然水体中Phacs的转化迁移行为

Phacs如今广泛而频繁地在畜牧业和养殖业使用，导致原本半衰期并不长的Phacs出现假性持续现象。又因为对于农业污废水排放的监管不力，大量含有Phacs的废水排入自然水体当中。

人工合成的香料等大多具有较强的亲脂憎水性，在自然环境中很难去除而导致生物富集。水产养殖和畜牧等农副产业之所以成为耐药基因扩展、演化和繁殖的重要媒介，是因为在这些产业中经常需要投加大量的抗生素，使得Phacs直接以母体方式进入水体和土壤环境中。因为多以点投放的方式加药，使得大量的抗生素在水体和土壤中形成局部区域的高浓度，在此区域里不同类属的细菌仅需要进行接触便可以互相传递耐药基因。接纳城市废水和农业径流的自然水体下游要比上游的菌群的耐药性更强的现象亦可以证明这点。

河道底泥和藻类具有吸附作用，对于Phacs的物化处理具有一定意义，但由于自然水体中的底泥和藻类吸附能力有限又长期处于稳定状态，导致Phacs吸附饱和并释放回水体，从而影响环境中各种微生物的种群数量及其他较高等生物种群结构和营养转移方式，破坏环境中固有的食物链的平衡。河道是主要的取水水源，后续的给水处理工艺对于Phacs亦无有效的降解；底泥和藻类等是鱼类等水产品的天然饲料，导致Phacs直接进入食物链。Wilson BA，Smith VH等人研究了三种药物对淡水中藻类的效应，表明Phacs类物质对于藻类群落的结构功能存在潜在影响，进而改变了食物网结构及营养传递途径。

大量的Phacs随着人们的日常饮食生活进入人体当中，影响正常的生理功能。部分人群对于Phacs有过敏反应，严重时会造成食物中毒；此外，当人摄入含有抗生素的动物食品后，因抗生素能够抑制或杀死部分敏感菌，从而破坏肠道内生态区系平衡，对人体肠道内正常菌群的产生带来负面影响。

三、Phacs的生物可利用性与生物积累毒性

Phacs因为其所具有的特性而能够在环境中长期存在。由于其分子结构中往往存在卤原子，使得Phacs大部分水溶性低而脂溶性较高的特点，因此容易积累在脂肪组织，进而随着食物链浓缩或者放大，对动物的危害巨大，最终进入食物链顶端——人类。Phacs能够进行远距离迁移得益于其半挥发性和稳定性。Phacs在水体或土壤环境中通过挥发和大气颗粒的吸附作用进入大气环境中，并且因降雨降水等气候环境变化重新沉降到地面上，因此Phacs可以长期以不同形式存在于环境当中。

Phacs因为在环境中长期存在，但是通过食物链的方式累积是一个漫长缓慢的过程，因而其对于人和动物健康的严重影响和毒害在短期不易察觉。大多数的Phacs具有致癌、致畸与致突变性、神经毒性、内分泌干扰性等，Phacs的低水溶性、半挥发性、难降解性、长滞留性，使其对人和动物的生殖、遗传、新陈代谢等系统等具有持久性危害。因此Phacs对于生物体的危害具有隐蔽性、长期性和累积性等特点。

影响生物积累的因素很多，不同种类Phacs的性质、生物种类、生物发育的不同阶段以及食物链等对它都有不同程度的影响。不同Phacs在同种动物类群中的含量存在差异，同种Phacs在不同动物类群体内亦然。在同种动物体内的不同组织和生理功能中，Phacs的分布和积累也不尽相同。动物体的不同组织对某种毒物具有高度选择性，肾脏和肝脏由于可以快速大量合成相应的蛋白质，使Phacs得以大量蓄积，成为蓄积的重要靶器官。Phacs类污染物对人体产生的危害主要集中为对肝、肾等内脏器官和神经系统、内分泌系统、生殖系统等的急、慢性毒性作用。

四、存在问题与展望

尽管对于Phacs类污染物的研究在国外开展已久，但是由于Phacs的影响因素广泛，并且在环境保护方面我国仍然有一定差距，使得国外的许多数据对于我国不具有指导意义。如抗生素在污水厂中的浓度水平相当于或高于欧美等发达国家的发生水平，而其他目标Phacs的浓度均普遍低于欧美等发达国家。因此，为使后续研究的目标物质更具代表性，需要对当地的目标Phacs类污染物进行针对性调查研究。

再者，目前对于该类化合物的研究主要集中在其毒性上，而在生物体内的蓄积情况、是否会随食物链的转移和放大，以及对环境生物的长期毒性效应等方面的问题仍然有待解决。同时，不同方法对不同种类微量药物的定量检测和分析方法较多，但是不同方法对于其灵敏度和准确度有影响很大，尤其在采用一种分析方法同时检测不同复杂介质中的多种药物时更加明显。因此，开发能够同时对多种Phacs类化合物进行有效和灵敏的富集、检测方法，将是未来的研究热点；去除降解效果好，低成本的处理工艺也有待于研究者的进一步实验开发。

参考文献：

[1]Sarmah A ，K.，T.，Boxall A.B.A.A global perspective on the use，sales，exposure pathways occurrence，fate and effects of veterinaty antibiotics in the environment.Chemosphere，2006，65（05）：725.

[2]王朋华，袁涛，谭佑铭等，水环境中药物污染及迁移转化行为研究进展[J].环境科学与技术，2008，31（09）：57-61.

[3]周宁娟，典型Phacs在给水系统中的变化规律及调控技术研究[D].东南大学，2010.

[4]周雪飞，张亚雷，代朝猛城市污水处理系统去除药物和个人护理用品的机理研究[J].环境保护科学，2009，35（02）：15-17.

[5]PASCOE D，KARNTANU T W，MBLL ER C T. Do pharmaceuticals affect freshwater invertebrates A study with the cnidarian hydra vulgaris[J].Chemosphere，2003，51（06）：521-528.

[6]刘欣然，髙乃云，马艳高级氧化法去除水中药物和个人护理用品的研究进展[J].四川环境，2010，29（03）：82-87.

[7]Kang X， Bhandari A， Das K et al. Occurrence and fate of pharmaceuticals and personal care products （Phacs） in biosolids [J].

Journal of Environmental Quality，2005，34（01）：91-104.

责任编辑：孙瑶