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水环境药物污染对生物的影响调查 班级: 应化101班 姓名: 马 骞 学号: 2010014602 指导教师：孟昭福2013 年 5月20日摘要: 水是人类赖以生存的根本,水环境污染对人类的影响巨大,近年来,水环境受药物污染情况愈加严重。这次的调查目的是为我国开展水环境中残留药物污染的分析研究和环境生态风险评价提供参考依据，对当前国内外水环境中残留药物的污染现状、危害和分析检测技术进行综述。水环境中残留药物的分析检测方法主要运用固相萃取技术进行样品前处理,并结合液质联用技术进行分析检测。通过调查、研究推广水环境污染检测技术对我国各水域进行监测、防治，并为今后我国开展水环境中残留药物污染的环境风险评价提供参考依据。关键词： 水环境 药物污染 快速溶剂萃取技术 生物法 政府调控 前言: 水体中的污染物主要来自人类生产、生活的各个方面,生活污水、工业废水是水污染的主要来源，近几年来，根据资料显示药物污染愈加严重，水体中各种农药、生物用药含量严重超标。人们在使用药物防病、治病、诊断疾病、增强机体抵抗力的同时,由于频繁大量的使用、人及动物的排泄、污水处理技术的局限性以及不合理处置废弃药物的方法等因素,使得未被完全吸收和利用的药物及其代谢物以多种途径最终进入水环境。尽管药物在环境中存在的持续性较持久性有机污染物(persistent organic pollutants, POPs)要弱,但是大量药物连续不断地向环境水体中释放,已经形成了“持续性”药物水环境污染,进而对水环境的生态平衡及人体健康造成潜在的危害。因此,药物环境污染作为药物和个人护理用品( pharma2ceuticals and personal care p roducts, PPCPs)污染问题的重要组成部分,已经引起了国外学者的广泛关注,而我国在这方面的研究却十分薄弱。因此,我国作为各类药品生产和使用的大国,开展水环境中残留药物污染方面的研究具有十分重要的意义。作者就水环境中药物污染状况、对水生物和人体健康的危害以及当前常用的分析检测方法和技术进行归纳总结,旨在为今后我国开展水环境中残留药物污染的环境风险评价提供参考依据。研究水环境中的污染物对生物生化指标的影响,具有重大的理论和现实意义.通过对水体中药物污染物的研究概述,揭示了水体中药物污染物对生物的影响,尤其对于各种持久性有机污染物（POPs）、重金属、急慢性农药、人用药、牲畜用药等需要重点关注。据估计，目前世界每年消耗大约10万吨以上的药物，另外禽畜业药物使用量尤为巨大，许多抗生素和药物不但做治疗用，更有许多被用作食品添加剂。目前大部分的污水处理厂都是针对传统意义上的污水进行处理设计，导致许多低浓度药物活性物质不断排放入水环境，对水生生物、人类产生危害。这些药物残留物可能含有完整的活性成分，具有或不具有生物学效应的分解产物（代谢产物）。在城市社会，随着下水道系统的成熟发展，这些从患者体内排泄出来的药物残留物通常最终会进入污水（废水）处理工厂（STP），过期或废弃的药物同样也通过厕所最终到达了STP。根据STP标准的不同，这些药物残留物可能不同程度地进入工厂的出水口，并最终释放到地表水的接收者处。瑞典斯德哥尔摩政务会的keWennmalm博士介绍，目前在欧洲，多个研究项目已经证明，饮用水中含有多种药物残留物，剂量通常在150纳克/升的范围内。药物残留物对生活在水生环境中的有机体造成了多种危害，例如损害它们的生殖机能、生长发育，并改变其行为方式。而其他环境污染物，如酞酸盐、多氯化联(二)苯、甲苯以及其他性质稳定的有机污染物，一般认为也与人类很多疾病的发生率有关，包括肥胖、糖尿病、男性生殖功能发育障碍以及神经行为学发育障碍。目前对于药物残留物是否也能够造成相似的效果尚不清楚。随着全球药物制品消耗量的不断增加，不难预计，在未来的25年内地表水中药物残留物的含量将会增加3倍。因此，环境中的药物残留物，以及其他环境污染物质，对全球可持续发展战略的实现形成了巨大的挑战。1国内外水环境中药物污染物现状目前世界范围内存在严重的水环境残留药物污染问题,对人和动物的健康造成了危害，在国外水环境中药物污染的研究开展较早，并取得了一些成果，各类药物污染物在地表水、地下水、饮用水、污水处理厂等各种水体中频繁检出。我国目前水体污染严重，传统的污染物(COD、BOD)未能控制住,药物残留使得水环境富营养化，有毒化学物质的污染却相继增加，点源污染还没有效控制住,非点源污染问题在一些地区又突出起来。由于80%以上的污水未经处理就直接排入水域,污水中含有大量的药物残留，已造成我国三分之一以上的河段受到药物污染,90%以上的城市水域严重污染,近50%的重点城镇水源不符合饮用水标准。制药废水通常属于较难处理的高浓度有机污水之一, 因药物产品不同、生产工艺不同而差异较大, 其特点是组成复杂, 有机污染物种类多、浓度高, CODCr 值和BOD5 值高且波动性大, 废水的BOD5 / CODCr 值差异较大, NH3-N 浓度高, 色度深, 毒性大, 固体悬浮物SS 浓度高。而且制药厂通常是采用间歇生产, 产品的种类变化较大, 造成了废水的水质、水量及污染物的种类变化较大。制药工业废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水、中成药生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水四大类。 近几年来, 我国各类医药化工及保健品制造业迅猛发展, 而在制药过程中排放的大量有毒有害废水严重危害着人们的健康。寻求工艺合理, 运行稳定, 维护管理方便, 能最大限度地体现社会、经济、环境效益的工艺技术, 是亟待研究的方向和思路。2水环境中药物污染对生物的危害虽然水环境中的药物残留浓度一般比较低，不会引起水体中生物的急性中毒，但是长期生存在药物污染水环境中，会导致产生生物慢性中毒效应。目前，关于药物污染引起的水生生物慢性中毒研究主要针对水体、底泥中的微生物、藻类、无脊椎动物、鱼类及两栖类动物进行的。水环境中药物污染对人类的健康危害主要通过食物链进行传播，人类食用污染饮用水、药物污染土壤进而使得作物积累有毒物质、人类食用受污染的海鲜等水生动物都会对人体产生危害。 许多农药是不易分解的化合物，被生物体吸收以后，会在生物体内不断积累，致使这类有害物质在生物体内的含量远远超过在外界环境中的含量，这种现象称为生物富集作用。生物富集作用随着食物链的延长而加强。例如，几十年前DDT作为一种高效农药，曾经广泛用于防治害虫。美国某地曾经使用DDT防治湖内的孑孓，使湖水中残存有DDT，而浮游动物体内DDT的含量则达到湖水的一万多倍。小鱼吃浮游动物，大鱼又吃小鱼，致使DDT在这些大鱼体内的含量竟高达湖水的八百多万倍。 被污染的地表水渗入土壤造成土壤污染，再进入地下水，农作物吸收后不可避免的残留有害物质，人类食用后对人身体健康产生重大危害，例如有的药物残留可以干扰人体的有丝分裂，具有明显的致畸作用和潜在的致癌作用。另外，人类长期食用污染饮用水会严重破坏肠道细菌平衡，造成消化道感染。河流、湖泊等水体被污染后，对人体健康会造成严重的危害，这主要表现在以下三个方面。第一，饮用污染的水和食用污水中的生物，能使人中毒，甚至死亡。例如，1956年，日本熊本县的水俣湾地区出现了一些病因不明的患者。患者有痉挛、麻痹、运动失调、语言和听力发生障碍等症状，最后因无法治疗而痛苦地死去，人们称这种怪病为水俣病。科学家们后来研究清楚了这种病是由当地含Hg的工业废水造成的。Hg转化成甲基汞后，富集在鱼、虾和贝类的体内，人们如果长期食用这些鱼、虾和贝类，甲基汞就会引起以脑细胞损伤为主的慢性甲基汞中毒。孕妇体内的甲基汞，甚至能使患儿发育不良、智能低下和四肢变形。第二，被人畜粪便和生活垃圾污染了的水体，能够引起病毒性肝炎、细菌性痢疾等传染病，以及血吸虫病等寄生虫疾病。第三，一些具有致癌作用的化学物质，如砷(As)、铬(Cr)、苯胺等污染水体后，可以在水体中的悬浮物、底泥和水生生物体内蓄积。长期饮用这样的污水，容易诱发癌症。3水样分析检测为了说明水质，要在规定的时间、地点或特定的时间间隔内测定水的一些参数。如无机物、溶解的矿物质或化学药品、溶解气体、溶解有机物、悬浮物以及底部沉积物的浓度。某些参数，例如溶解气体的浓度，应尽可能在现场测定以便取得准确的结果。由于化学和生物样品的采集、处理步骤和设备均不相同，样品应分别采集。采样技术要随具体情况而定.按照国家标准规定应检测106项水质指标，主要分为物理性指标、无机物指标（阴、阳离子）、有机物指标、毒理学指标、细菌学指标等几大类。药物经过污水处理厂的处理，自然水体中的水解、光解、生物降解及自然稀释作用，以痕量级存在于自然水体中。环境样品基质极为复杂，药物污染种类繁杂，基质和目标化合物之间易发生复杂的物理和化学反应。从复杂的水样品基质中分离和浓缩出感兴趣的痕量组分，并且获得最高的回收率和最小的干扰是水环境痕量分析目标。典型的分析检测程序为取样过滤富集提取净化检测. 有较强的选择性，操作简单、安全或自动化程度高。液相微萃取和固相微萃取因使用溶剂和样品量少、污染小、易控制等优点，在水环境药物检测中有所应用，但是需要克服仪器检灵敏度的限制。固相萃取是目前水环境中应用最广泛的提取技术，基本符合目前检测仪器性能需求和水环境药物检测的特殊性. 快速溶剂萃取技术是根据溶质在不同溶剂中溶解度不同的原理，利用快速溶剂萃取仪，在较高的温度和压力条件下，选择合适的溶剂，实现高效、快速萃取固体或半固体样品中有机物的方法。在高温条件下，待测物从基体上的解吸和溶解动力学过程加快，可大大缩短提取时间；由于加热的溶剂具有较强的溶解能力，因此可减少溶剂的用量；在萃取的过程中保持一定的压力可提高溶剂的沸点，提高萃取效率，保证萃取过程的安全性。 水体环境分物理指标和化学指标.物理指标项目颇多，包括水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。利用化学反应、生物化学的反应及物理化学的原理测定的水质指标，总称为化学指标。在进行水样的分析检测时不但要关注水环境的化学指标，同时也要关注水环境的物理指标。这两个指标是相互影响的，温度对微生物的繁殖有重要影响，同时化学药品残留对微生物的行为也有重要影响。4水环境药物污染的防治近年来，随着经济的发展，我国水污染问题日益严重，特别是几大水域的流域污染问题更是严重，加强流域水污染治理成为改善我国水污染现状的重点。经过多年的发展，我国已建立了包括环境保护法、水法、水污染防治法等在内的水环境保护与水污染防治的法律体系，虽然在流域水污染治理方面取得了一些成效，但并没有从根本上转变流域水污染的现状，流域污染问题仍在继续，并有逐渐严重的趋势。在这种情况下，就需要更加强而有力的法律制度来保障和推进我国流域水污染的治理工作。 政策角度来讲，需要统一编制流域水污染治理规划，强化地方政府责任；建立健全生态补偿机制； 加大惩罚力度；加强公众参与。国家和地方各级政府，在确定经济发展速度、制定国民经济和社会发展计划、资源开发计划、区域开发计划，以及制定经济技术政策，进行重大经济决策时，应当对实施这些决策可能产生的环境影响做出科学评价，评价的结论作为各级决策的依据。在决策中综合考虑环境、经济和社会因素，统筹兼顾，使发展对环境的影响降低到最小。建立科学的评价指标体系，设置专门的评价审议机构，并使这一制度法制化，逐步建立起依法决策的运行机制。区域经济的发展要充分考虑水资源保护。限制缺水地区发展耗水型产业，调整缺水地区的产业结构，严格控制高耗水、高耗能和重污染的建设项目。近期应重点调整北方缺水地区的产业结构，防止水资源短缺问题进一步加剧。生态环境脆弱地区的经济发展应考虑为生态用水留有余地，防止因过度开发导致下游地区河湖萎缩、土地沙化、生态退化。在水源地区，引导和组织水源地生态经济体系建设，避免水源地区经济发展导致下游城市水源污染。 从污染治理角度来讲，一切要从源头抓起，治理技术再好，如果排放无限制同样会造成污染。目前针对药厂的污水排放，应该合理用水,减少排污，另外改进生产工艺,减少废水排放,发展绿色工艺。污水处理基本方法污水处理普通方法是用物理，化学或生物方法，或几种方法配合使用以去除废水中的有害物质，按照水质状况及处理后出水的去向确定其处理程度，废水处理一般可分为一级，二级和三级处理。一级处理采用物理处理方法，即用格栅，筛网，沉沙池，沉淀池，隔油池等构筑物，去除废水中的固体悬浮物，浮油，初步调整pH值，减轻废水的腐化程度。废水经一级处理后，一般达不到排放标准(BOD去除率仅25-40%)。故通常为预处理阶段，以减轻后续处理工序的负荷和提高处理效果。二级处理是采用生物处理方法及某些化学方法来去除废水中的可降解有机物和部分胶体污染物。经过二级处理后，废水中BOD的去除率可达80-90%，即BOD合量可低于30mg/L。经过二级处理后的水，一般可达到农灌标准和废水排放标准，故二级处理是废水处理的主体。但经过二级处理的水中还存留一定量的悬浮物，生物不能分解的溶解性有机物，溶解性无机物和氮磷等藻类增值营养物，并含有病毒和细菌。因而不能满足要求较高的排放标准，如处理后排入流量较小，稀释能力较差的河流就可能引起污染，也不能直接用作自来水，工业用水和地下水的补给水源。三级处理是进一步去除二级处理未能去除的污染物，如磷，氮及生物难以降解的有机污染物，无机污染物，病原体等。废水的三级处理是在二级处理的基础上，进一步采用化学法(化学氧化,化学沉淀等)，物理化学法(吸附，离子交换，膜分离技术等)以除去某些特定污染物的一种深度处理方法。 生物法利用微生物的代谢作用，使废水中的有机污染物氧化降解成无害物质的方法又叫生物化学处理法，是处理有机废水最重要的方法。活性污泥，生物滤池，生活转盘，氧化塘，厌气消化等。其中废水的生物处理法是基于微生物通过酶的作用将复杂的有机物转化为简单的物质，把有毒的物质转化为无毒的物质的方法。根据在处理过程中起作用的微生物对氧气的不同要求，生物处理可分为好气(氧)生物处理和厌气(氧)生物处理两种。好气生物处理是在有氧气的情况下，藉好气细茵的作用来进行的。细菌通过自身的生命活动氧化，还原，合成等过程，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物(二氧化碳,水,硝酸根离子,磷酸根离子等)获得生长和活动所需能量，而把另一部分有机物转化为生物所需的营养物质，使自身生长繁殖.厌气生物处理是在无氧气的情况下，藉厌氧微生物的作用来进行。厌氧细菌在把有机物降解的同时，需从二氧化氮，磷酸根离子，磷酸根离子等中取得氧元素以维持自身对氧元素的物质需要，因而其降解产物为甲烷，硫化氢，氨气等。用生物法处理废水，需首先对废水中的污染物质的可生物分解性能进行分析。主要有可生物分解性，可生物处理的条件，废水中对微生物活性有抑制作用的污染物的极限容许浓度等三个方面。可生物分解性是指通过生物的生命活动，改变污染物的化学结构，从而改变污染物的化学和物理性能所能达到的程度。对于好气生物处理是指在好气条件下污染物被微生物通过中间代谢产物转化为二氧化碳、水和生物物质的可能性以及这种污染物的转化速率。微生物只有在某种条件下(营养条件,环境条件等)才能有效分解有机污染物。营养条件,环境条件的正确选择，可使生物分解作用顺利进行。通过对生物处理性的研究，可以确定这些条件的范围，诸如pH值，温度以及碳，氮，磷的比例等。5 展 望 我国在药物污染研究起步晚，目前还处于初步阶段，目前水环境药物污染严重且有更加严重的趋势，对人类的健康产生重大威胁。因此，水环境药物污染的防治与监测迫在眉睫。我认为，对于愈加严重的水环境污染，需要政府、企业、个人三大社会主体共同行动，政府行为宏观调控；企业行为清洁生产；个人行为环保生活。a 政府行为政府进行宏观调控，制定适合我国国情的环境法律法规，坚决反对以牺牲环境为代价的发展行为，对不合格企业进行严厉的制裁与整改，对表现突出的企业实行奖励制度，引导企业之间的良性竞争；建立环境影响监测制度，及时向企业反馈信息，在环保发展的同时营造良好的社会氛围。b企业行为企业行为直接决定了污水对环境影响的程度。因此，企业要严格执行国家标准，环保生产，污水排放要进行严格的处理，并及时向有关部门递交环境影响评价报告书，方便有关部门对环境进行监测。c 个人行为 个人行为是社会行为的一大主体，对环境有着至关重要的影响。个人行为的好坏，直接决定了周围环境的好坏，因此，作为社会的一员，每位公民都要养成良好的生活习惯和个人消费行为，尽量少使用或不使用严重危害环境的消费品，选择清洁、对环境友好的消费品，如果人人都从身边的小事注意保护环境，我们赖以生存的环境情况一定会逐渐改良。参考文献：1 Daughton CG;Temes TA Pharmaceuticals and personal care products in the environment:agents of subtle change 外文期刊 1999 doi:10.2307/34345732 Wiegel S;Aulinger A;Brockmeyer R Pharmaceuticals in the river Elbe and its tributaries 外文期刊 2004doi:10.1016/j.chemosphere.2004.05.0173 Schuhe U;Oetken M;Baehmarm J Effects of ethinyloestradiol and methyhestesterone in proscbranch snails 20044 胡冠九;王冰;孙成 高效液相色谱法测定环境水样5种四环素类抗生素残留 期刊论文 -环境化学2007(01)5 Zurita JL;Repetto G;Jos A Toxicological effects of the lipid regulator gemfibrozil in four aquatic systems 外文期刊 2007(1) doi:10.1016/j.aquatox.2006.11.007 Kim Y;Choi K;Jung J 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