上海交通大学
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第一章绪论
PPCPs 是药物和个人护理用品(pharmaceuticals and personal care products)的英文缩写，最早由Daughton在1999 年提出[1]。它是目前国内外广泛关注的一类新生污染 物，主要包括药物(例如消炎止痛药、抗生素、降血脂药、ß-阻滞剂、激素、类固醇、
抗癌药、镇静剂、抗癫痫药、利尿剂、X 射线显影剂、等)和个人护理用品(包
括香料、化妆品、遮光剂、染发剂、发胶、香皂、洗发水等)。
药物是目前人类对抗疾病所必不可少的一种武器。其中，许多药物(如抗生素)除
了广泛用于人们疾病的防治和外，还大量应用于家禽饲养、水产养殖及食品加工 等[2]，并极大的促进了这些行业的发展。但是，人们对各种药物缺乏足够的了解，导
致在药物的使用过程中出现了很多的问题，给人们的生活和健康带来严重的隐患[3]。
药物残留还会通过一定的途径进入水环境中，不但污染环境，破坏生态，还会对人类 健康构成威胁。2007 年10 月25 日，联合国环境规划署(UNEP)在“全球环境展望：
保护环境是为了发展(GEO-4)”报告中明确提出，必须考虑诸如止痛片和抗生素这类个
人护理产品及医药品对水生态系统的影响[4]。“全球环境展望(GEO)”是联合国环境规
划署最重要的评价项目及报告系列，此次提出要关注抗生素类药物，足以看出抗生素
已经成为环境中的一种新生污染物而不能再被忽略。
我国是一个人口大国，不仅水资源相对匮乏，而且水污染问题严重。水环境中药
物残留对水环境质量保护提出新的挑战，迫切需要加强对水环境中重要药物残留污染
水平的调查，深入研究其迁移转化规律、生态与健康风险以及污染控制技术等，以保
障人类健康和生态安全。
1.1 水环境中药物的来源及危害
1.1.1 水环境中药物的来源
药物的大量使用是导致水环境中存在大量药物的最根本原因。2000 年奈普生在
财政部长
英国的用量超过35 吨；2001 年德国阿司匹林的用量超过836 吨，对乙酰氨基酚用量
波速测试仪
超过622 吨，布洛芬用量超过345 吨，双氯酚酸用量超过86 吨，糖尿病药物甲福明
二甲双胍用量超过517 吨，抗癫痫药物卡巴咪嗪用量超过88 吨[5]。我国被称为世界
上最大的药物生产国家。2003 年生产的70%的药物是抗生素：28000 吨青霉素(占世
1
界总量的60%)，10000 吨土霉素(占世界总量的65%)，盐酸多四环素(一种四环素) 和头孢菌素生产量居世界第一位；而在西方国家，抗生素产量只占药物总量的30%[6]。据世界卫生组织调查显示，目前我国住院患者抗生素药物使用率高达80%，其中使用广谱抗生素和联合使用两种以上抗生素的占58%，而家庭自备抗生素的使用率也已达80%。与世界其它国家比，我国已成为世界上滥用抗生素最为严重的国家之一[7]。
水环境中药物的来源主要包括以下几个方面：
1. 污水处理厂外排污水中含有大量药物。人畜用药后，药物以原形或其代谢物形式通过粪便和尿液排到体外，然后进入城市污水、医院污水和动物养殖场污水等排放系统，少部分直接渗漏到地下水和土壤中，大部分经污水处理厂处理后排入地表水。现有的污水处理技术很难将其有效清除[8]，所以这部分药物会污染地表水，继而对地下水和土壤造成污染。
2. 制药厂废水及固体废弃物中也会含有各种药物[9]。制药过程中会产生大量的废水，这些废水为有毒难降解的高浓度废水，含有生产工艺产生的剩余中间产物、残留药物及有机溶剂等，在生化处理中对微生物的生长有强烈的抑制作用，经生化处理后，废水内残留的药物不能被完全降解，排放至环境中对环境造成一定的污染。废水处理后的污泥常常吸附有未降解的药物(或其代谢产物)，因此也是不可忽视的污染源。药物生产过程中也会排放大量的废弃物(菌丝体)，这些废弃物内含有丰富的营养物质及少量药物(多数为抗生素)，如果不加处理随意排放，不但严重污染环境，也浪费了宝贵的资源。另外，过期药物的不合理处理(主要是作为固体垃圾排放)，也会导致其进入水环境中[10]。实际上，药物污染除集中在制药厂外，许多化工企业造成的污染贡献也是值得关注的。目前许多化工企业，为了增加其产品的杀菌效果，在所生产的工业或家庭用清洁卫生用品如洗涤剂、肥皂、洗澡液、清洁剂等中加入了一定量的抗生素，使得抗生素污染的范围进一步扩大。
3. 农用药物造成的污染。农药并不是唯一的农用药物，农用药物还包括好多种新兴的防治病虫害的药物，如农用抗生素。农用抗生素是微生物在新陈代谢过程中的自然产物和次生代谢产物，相关研究始于20 世纪50 年代[11]。近些年来，已开发了大量高效、低毒、低残留的农用抗生素，包括阿维菌素、井冈霉素、赤霉素、硫酸链霉素、多抗霉素、宁南霉素、中生菌素、华光霉素、浏阳霉素、武夷霉素等，它们在农业防治病、虫、草害方面发挥了巨大作用[12]。现在世界各国除致力于寻防治细菌性和真菌性植物病害的抗生素外，对抗病毒、抗衰老、杀虫甚至能除草的抗生素也很重视[13]。抗生素
在农业生产上的作用无庸质疑，但由于人们对抗生素功效的过度迷信及对农作物病虫害防治知识的不足，我国普遍存在着滥用农用抗生素的现象，使农用抗
2
生素不可避免地进入到水环境中。
4. 饲用药物污染非常普遍。目前大量的饲用药物主要是饲用抗生素，作为饲料添加剂使用时称之为抗菌生长促进剂(antimicrobial growth promoter，AGP)，自20 世纪50 年代以来被广泛用在畜禽养殖中[14]。AGP 在使用时，动物本身并无明确的病症，目的也并不是为了某种疾病，而是为促进动物的生长，提高畜禽生产效率。国内外使用饲用抗生素的现象也非常普遍，总用量是惊人的。饲用抗生素的使用不仅会使抗生素通过食品直接进入食物链，而且还会随家畜的排泄物大量进入农田，被农作物吸收后间接进入食物链。而当药物进入农田时也会污染农田用水和农田土壤。
1.1.2 水环境中药物的危害
1.1.
2.1 水环境中药物污染对生态环境的影响
水环境中药物浓度一般较低，不会引起水生物体急性中毒。但是，长期低浓度药
物暴露会使水生物表现出慢性中毒效应。目前，关于药物引起慢性中毒的研究主要是针对水体和底泥中的微生物、藻类、无脊椎动物、鱼类及两栖类动物等进行的。
水环境中含有大量的微生物，它们对污染物有一定的耐受性，但是超过了其耐受
性限度会表现出中毒现象，甚至导致死亡[15]。
藻类试验由于操作简单、成本低，药物引起慢性毒性中毒的研究很多是针对藻类大圆肌
进行的。藻类对不同种类的药物都有很强的敏感性，如氟喹诺酮和磺胺类抗生素及雌激素等[16]。Boxa ll 等[17]发现微藻类和蓝绿细菌(如Microcystis aerµg inosa) 对抗生素的敏感性比毒性试验标准藻类(如Pseudokirchneriella subcapitata)对抗生素的敏感性强得多，但是非抗菌性藻类对抗生素的敏感性差别不大。
Schulte 等[18]发现无脊椎动物蜗牛暴露于低浓度(<1ng/L)的雌二醇中会产生毒性效应。Williams 等[19]测得英国水体中雌二醇的最高浓度为3.4ng/L，因此推测英国水体中的无脊椎动物受到雌二醇的危害会更大。一般情况下，无脊椎动物受抗生素等药物危害的程度比藻类小得多[20]。底泥被称为持续慢性污染源，其中沉积了多种不同浓度的药物，对底泥中的生物体(包括无脊椎动物)会造成很大危害[21]。但是目前为止，关于药物对底泥中底栖无脊椎动物危害的研究报道较少。
研究发现，鱼类和两栖类动物对类固醇等有很强的敏感性，表现为其生育繁殖能
力不断下降[22]。Lanzky[23]、Kim[20]和Emblidge[24]等发现，抗生素对鱼类的直接危害不明显。但是一些水溶性差的药物会富集在鱼类及脊椎动物体内[25]，最终会对水产养
殖业产生很大危害，而且通过食物链会危及到人体健康。
1.1.
2.2 水环境中药物污染对人体健康的影响
3
被药物污染的地表水渗滤进入土壤，然后进入地下水，以此地下水为水源的饮用
水中不可避免会含有一定量的药物。许多药物可干扰细胞的有丝分裂，具有明显的致
畸作用和潜在的致癌、致突变效应[15]。人体长期饮用这种受药物污染的水，就会长期
接触这些药物，使消化道出现菌失调，导致致病菌大量繁殖或体外病原菌的侵入，济南为什么发放战备急救包
引起人类胃肠道的感染，同时还会导致人体内耐药菌增加[10]。
含有药物或药物残体的污水如果被用作“肥水”灌溉农田，会造成土壤药物污染[26]，使土壤中细菌、真菌等微生物发生基因突变或发生耐药质粒的转移而成为耐药菌，还会影响土壤微生物落功能多样性[27]。污染土壤中生长的农作物中富集了不同浓度
的药物，可通过食物链的传递[28]，进入动物及人体内，危害动物及人体健康。
1.2 水环境中药物的污染现状
作为一种新生污染物，PPCPs 越来越受到欧盟国家及美国、加拿大等一些国家的重视，特别是其中的药物更成了人们研究的热点。近几年来，在地表水、饮用水、地
下水、污泥、土壤、水生生物体等环境介质中都报道有检测到不同水平的药物残留。1.1.3 地表水
做一个善读者作文国外地表水中药物的研究较多，而且布洛芬、萘普生、、卡巴咪嗪和双氯酚
等被频繁检出，这可能与国外这些药物的频繁使用有关。Kolpin 等[29]在美国139 个
溪流水样及水产品中检测到95 种微型污染物，包括类固醇、和抗生素等。Calamari 等[30]在意大利的Po River 和Lambro River 中检测到阿替洛尔、苯扎贝特、利尿磺胺、氯贝酸和等。Wiegel 等[31]在Elbe River 中检测到双氯酚、布洛芬、卡巴咪嗪、多种抗生素和调脂剂等，浓度范围为20-14
0 ng/L。Bendz等[32]在瑞典的Hö je River 中检测到布洛芬、萘普生、双氯酚、阿替洛尔、美托洛尔、心得安、卡巴咪
嗪等，浓度范围在0.12-2.2µg/L之间。Moldovan等[33]在罗马尼亚的Somes River 中检测到了15 种化合物，包括抗癫痫药、止痛剂、抗菌剂和细胞生长抑制剂，浓度范围
为30ng/L-10.0µ g/L。其中，和乙酰氨基安替比林的浓度在300-10000ng/L 之间，布洛芬、甲羧基氨基安替比林等的浓度在100-300ng/L 之间，阿司匹林、卡巴咪嗪、可待因、和环磷酰胺的浓度低于100ng/L。
近几年来，国内水环境中也有关于药物残留的报道，但是多是关于抗生素的研究。徐维海等[34]在珠江广州河段春季枯水期和夏季丰水期表层水中检测到多种抗生素，包
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