污水处理厂出水中抗雄激素样化合物控制的优先性研究

马德华，张洪波，魏建建，黄宇辰，王连军

南京理工大学环境与生物工程学院 江苏省化工污染控制与资源化重点实验室，南京 210094

近年来，环境中普遍存在的内分泌干扰物受到了研究者的广泛关注。尽管内分泌干扰物在水环境中的存在浓度低，通常仅为ng·L-1～μg·L-1，属于微量有机污染物，但它们能够在环境相关浓度下对水生生物产生长期的严重危害[1-2]。目前针对内分泌干扰物的研究，大部分集中在雌激素活性类物质。直到最近几年其他种类的内分泌干扰物才逐渐受到重视，如抗雄激素样物质，它们能够抑制内源雄激素的正常功能，导致雄性生殖器官畸形[3]、雄性激素分泌降低[4]，造成水生生物的生殖紊乱，对生态环境及人类健康造成潜在的危害[5-6]。内分泌干扰物的确定需要严格的分类鉴定程序，根据目前已有的相关研究，疑是抗雄激素样化合物种类繁多，包括杀虫剂及其代谢产物(如滴滴伊和某些拟除虫菊酯)，杀真菌剂(如烯菌酮、腐霉利)，除草剂(如利谷隆、咪鲜胺)，遮光剂，药物(如氟他胺、环丙氯地孕酮)以及一些工业化学品(如多氯联苯同系物)[7]。一些雌激素化合物也具有抗雄激素样活性，如滴滴涕和双酚A等。

抗雄激素样化合物普遍存在于世界各地的水环境中[8-11]。生活污水是水环境中抗雄激素样化合物的重要来源之一，然而生活污水处理厂并不能完全去除抗雄激素样化合物[12]。生活污水处理厂出水中的抗雄激素样化合物单独或者与雌激素共同作用能够导致受纳水体中鱼类产生雌性化[5]。因此，目前亟需确定污水处理厂出水中存在的疑是环境抗雄激素样化合物，在此基础上对其控制的优先性进行排序，从而为抗雄激素样化合物的优先控制清单的制定提供基础资料。针对环境污染物的优先控制筛查方法，研究者开始重点关注其可能造成的环境风险[13-14]。本研究在已有研究基础上，首先确定污水处理厂出水中可能存在的疑是抗雄激素样化合物种类。之后关注其可能造成的环境风险，建立抗雄激素样化合物控制的优先性排序方法。最后，对污水处理厂出水中抗雄激素样化合物控制的优先性进行排序。

1 方法(Mehtods)

1.1 污水处理厂出水中抗雄激素样化合物种类的确定

以“environmental antiandrogen”或“antiandrogenic activity”为关键词在Web of Science 数据库中检索目前已报道的疑是抗雄激素样化合物，并确定其半数效应浓度EC50。之后以“抗雄激素样化合物名称”、“concentration”、“wastewater treatment”为关键词检索抗雄激素样化合物在全球城市污水处理厂出水中的浓度Gs。所有能够检出的抗雄激素样化合物构成本研究的种类名单。

1.2 抗雄激素样化合物控制的优先性排序方法

根据每种抗雄激素样化合物相对于模型化合物氟他胺的活性潜能(RP)以及在污水处理厂出水中的已报道的浓度计算每种抗雄激素样化合物的氟他胺当量抗雄激素样活性(FEQ)，如式(1)所示：

(1)

其中，FEQ为氟他胺当量抗雄激素样活性浓度，单位为ng·L-1。RP为抗雄激素样化合物相对于氟他胺的抗雄激素样活性潜能。EC50f为氟他胺的EC50，根据已有报道取7.1 μmol·L-1[15]，EC50 s为待计算物质的半数效应浓度EC50，单位为μmol·L-1。Mf为氟他胺的相对分子质量，取276.21。Gs单位为ng·L-1，Ms为待计算物质的相对分子质量。

已有研究发现，氟他胺在浓度约为0.28 ng·L-1时，就能使三刺鱼产生去雄性化特征[16]，该浓度为体内实验中氟他胺已报道的最低有效应浓度。根据式(2)，计算每种抗雄激素样化合物在污水处理厂出水中的抗雄激素样活性指数iAA：

(2)

FEQ为氟他胺当量抗雄激素样活性浓度，Cf MEL为氟他胺已报道的最低效应浓度。

当EC50 s值取参考文献报道中的最小值，出水浓度Gs取参考文献报道中的最大值时，抗雄激素样活性指数为极限最大值iAA,max。根据名单中化合物的iAA,max，确定控制的优先性。

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 污水处理厂出水中抗雄激素样化合物种类

污水处理厂出水中需要关注的疑是抗雄激素样化合物共147种，主要为农药，包括杀菌剂、除草剂和杀虫剂，共88种，约占总量的60%。其余包括16种阻燃剂、10种邻苯二甲酸酯类，10种酚类，6种紫外线吸收剂、6种防腐剂、5种动植物激素、4种多环麝香等。抗雄激素样活性指数可能大于2的化合物如图1所示。大部分抗雄激素样化合物相对氟他胺的活性潜能集中在0～10之间。它们在不同污水处理厂出水中的浓度变化大，造成了贡献的抗雄激素样活性变化大，甚至相差1～3个数量级。详细名单及最大抗雄激素样活性指数iAA,max如表1所示。

图1 污水处理厂出水中抗雄激素样化合物对抗雄激素样活性的贡献Fig. 1 The antiandrogenic activity contributions of antiandrogens in the effluents of wastewater treatment plants (WWTPs)

表1 污水处理厂出水中抗雄激素样化合物的浓度及抗雄激素样活性Table 1 The concentrations and antiandrogenic activity of antiandrogens in the effluents of WWTPs

注：Gs表示抗雄激素样化合物在城市污水处理厂出水中的浓度；-缺乏有效数据，无法计算；*相对氟他胺的抗雄激素样潜能通过EC20计算，根据已有研究该值为1.64 μmol·L-1[115]。

Note:Gsstands for the concentrations of antiandrogens in the effluents of wastewater treatment plants; - Cannot be calculated; * the relative antiandrogenic potencies were calculated usingEC20, which was 1.64 μmol·L-1 [115].

表2 污水处理厂出水中抗雄激素样活性排名前10%的化合物Table 2 The first ten percent antiandrogens with high antiandrogenic activity in the effluents of WWTPs

3.2 抗雄激素样化合物控制的优先性排序

根据表1中最大抗雄激素样活性指数iAA,max对抗雄激素样化合物控制的优先性进行排序，具体如表2所示。

溴螨酯是一种低毒广谱杀螨剂，在部分国家或地区应用较广泛。腐霉利属于二甲酰亚胺杀菌剂和杀虫剂，是最早发现的环境抗雄激素样化合物之一。烯菌酮是最早报道的环境抗雄激素样化合物，是杀真菌剂。氯苯嘧啶醇是嘧啶杂环类广谱性杀菌剂。烯酰吗啉是杀真菌剂，农业上主要用来防治真菌对农作物引起的病害。杀螟松属于有机磷系农药，敌草隆是苯基取代脲类除草剂，咯菌酯是吡咯类杀菌剂。尽管大部分农药的生物毒性已受到各国研究者的关注，但腐霉利、烯酰吗啉仍在2008年我国《农业部推荐使用的高效低毒农药品种名单》中，其由于具有抗雄激素样活性而可能造成的环境风险未受到重视，亟待进一步关注。双酚A、对叔辛基酚、十二烷基酚和邻苯基苯酚均是常用的工业原料。双酚A、对叔辛基酚是环境中极具代表性的雌激素类内分泌干扰物，污水处理厂出水中低浓度的双酚A、对叔辛基酚等酚类物质可能产生的抗雄激素样活性风险应受到重点关注。邻苯二甲酸酯类是一类使用普遍的增塑剂，由于在塑料中以游离状态存在，极易转移进入环境。以往研究者重点关注邻苯二甲酸酯类的雌激素活性，由本研究可知，邻苯二甲酸二己酯和邻苯二甲酸二丁酯2种化合物在污水处理厂出水中的抗雄激素样活性风险亦不容忽视。2-羟基-4'-甲氧基二苯甲酮是二苯甲酮类紫外吸收剂，属于我国化妆品中准用防晒剂。它的广泛使用可能造成的抗雄激素样活性风险应受到重点关注。另外，化合物邻苯二甲酸正丁酯和对硫磷抗雄激素样活性指数可能分别接近6.24和4.78，它们在污水处理厂出水中的抗雄激素样活性风险也应受到重视。

尽管包括抗雄激素样化合物在内的其他类型的内分泌干扰物，近年来逐渐受到重视，但其在污水处理厂中迁移变化的研究仍有限，而且由于受人类活动、气候变化等因素的影响，不同地区抗雄激素样化合物分布会存在差异，从而影响了本研究排序结果的可靠性。因此，在日后对特定地区污水处理厂出水中抗雄激素样化合物的控制时，还应开展针对性的抗雄激素样化合物的识别及浓度迁移变化研究作为补充。

综上所述，污水处理厂出水中需要对邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二己酯、双酚A、溴螨酯、对叔辛基酚、腐霉利、烯菌酮、氯苯嘧啶醇、烯酰吗啉、杀螟松、十二烷基酚、敌草隆、咯菌酯、2-羟基-4'-甲氧基二苯甲酮、以及邻苯基苯酚等抗雄激素样化合物进行优先控制。但不同地区抗雄激素样化合物分布会存在差异，特定地区污水处理厂出水中抗雄激素样化合物的控制还应开展针对性的识别研究作为补充。