城市污水系统中非抗生素类药品的时空分布、影响因素及风险评估

《Environmental Pollution》：Spatiotemporal distribution, influencing factors, and risk assessment of non-antibiotic pharmaceuticals in sewage from urban sewer systems

哈尔滨冬季、春季和夏季23个监测井污水样本分析显示，非抗生素药物（Non-Anti-PHAs）浓度排序为降糖药（3170 ng/L）>兴奋剂（2440 ng/L）>抗炎药（1760 ng/L）>降压药（1780 ng/L），夏季浓度最高，冬季最低。医院废水可能是主要污染源，近医院区域药物浓度约为远区的50%。通过PNDLs计算发现药物使用与季节、人口相关，金属离子（Sr2?、Ca2?、Mn2?等）与药物浓度负相关，存在生态风险。

　　在城市污水处理系统中，非抗生素药物（Non-Anti-PHAs）的出现已成为一个日益受到关注的环境问题。这些药物通过各种途径进入城市排水系统，包括人类排泄物、医院废水以及日常生活中的使用和丢弃行为。它们的持续排放不仅影响了污水处理过程，还对水生生态系统和人类健康构成了潜在威胁。为了深入了解这些药物在城市排水系统中的空间和时间分布规律，一项研究选择了中国东北部哈尔滨市的一段城市排水管道进行调查。该研究通过三次采样活动，分别在2022年的冬季（1月）、春季（5月）和夏季（8月）收集了23个检查井的污水样本，分析了不同类别药物的浓度变化及其与环境因素的关系。

研究结果显示，非抗生素药物的平均浓度（单位为ng/L）呈现出一定的顺序：抗糖尿病药物（3170）> 刺激剂（2440）> 抗高血压药物（1780）> 解热镇痛药（AAs，1760）> 刺激剂代谢物（1020）> 降脂药物（106）。这一分布模式表明，不同类别的药物在城市排水系统中的出现频率和浓度存在显著差异。值得注意的是，刺激剂和抗糖尿病药物在不同季节之间的浓度变化并不明显，而解热镇痛药、抗高血压药物和降脂药物则显示出季节性波动，其中夏季浓度最高，春季次之，冬季最低。这种季节性变化可能与这些药物的来源和在排水系统中的转化行为有关，例如，夏季较高的水温可能促进了某些药物的降解或吸附过程。

此外，研究还发现，非抗生素药物的浓度分布呈现出正偏态（skewness > 0），即大多数样本的浓度较低，而少数样本的浓度较高。这种偏态分布可能与药物的排放方式、在排水系统中的停留时间以及与其他物质的相互作用有关。不同药物类别之间的峰度（kurtosis）和偏态也存在显著差异，这可能反映了它们在环境中的不同行为模式。例如，医院废水可能是非抗生素药物的重要点源，研究发现远离医院区域的污水中，药物浓度约为医院附近区域的50%。这表明医院作为药物使用和排放的集中场所，对排水系统中的药物浓度具有显著影响。

为了进一步评估非抗生素药物在城市排水系统中的排放情况，研究引入了人口标准化日负荷（PNDLs）这一参数。PNDLs可以通过药物浓度计算得出，反映了当地居民的用药习惯。研究发现，不同非抗生素药物之间的PNDLs可能存在相关性，这种相关性可能与多药联用（polypharmacy）行为有关。例如，某些药物的使用可能与特定的健康状况或生活方式相关，如抗糖尿病药物与血糖水平的控制密切相关，而刺激剂的使用可能与咖啡因摄入或吸烟行为有关。因此，通过分析PNDLs，可以更深入地了解药物在排水系统中的来源和总体使用情况，为建立废水管理优先级提供科学依据。

在城市排水系统中，非抗生素药物的行为还受到多种环境因素的影响，包括pH值、温度、溶解氧、水力停留时间、悬浮固体和沉积物等。这些因素在不同季节和不同地点可能会发生变化，从而影响药物的迁移、转化和去除过程。例如，某些研究指出，在实验室规模的排水反应器中，微生物活动和pH值对药物的转化起主导作用，而温度和悬浮固体的影响相对较小。另一些研究则发现，在低温条件下（如5°C），抗抑郁药、心血管药物、抗组胺药、抗癫痫药以及某些人类代谢物的去除主要依赖于吸附作用；而在中等或高温条件下（如25°C和35°C），这些药物的去除则主要通过生物降解。此外，沉积物吸附在排水系统中的药物去除过程中也扮演了重要角色，特别是在某些实验条件下，沉积物吸附可能比生物降解和扩散作用更为显著。

城市排水系统通常被认为是污水收集和输送的基础设施，但事实上，它们也可以被视为“管道生物反应器”，影响着非抗生素药物的最终命运。例如，在西班牙的一段加压排水系统中，研究发现钙通道阻滞剂（如地尔硫?）、抗抑郁药（如西酞普兰）和降脂药物（如比伐他汀）的去除率分别为23%至32%，而抗高血压药物（如伊贝沙坦）的浓度却增加了56%。这一现象表明，某些药物在排水系统中的行为可能与它们的化学性质和环境条件密切相关。例如，某些药物可能在排水系统中发生降解，而另一些药物则可能因吸附作用而增加浓度。

为了更全面地理解非抗生素药物在城市排水系统中的行为，研究不仅关注了它们的浓度变化，还探讨了它们与金属离子（如Sr2?、Ca2?、Mn2?、Ba2?和Al3?）之间的关系。研究发现，金属离子与非抗生素药物的浓度之间存在显著的负相关，这可能与它们在排水系统中的共同吸附行为有关。金属离子和药物可能在沉积物上发生吸附，从而影响它们的迁移和去除过程。这种吸附作用在某些情况下可能成为药物去除的主要途径，尤其是在排水系统中存在较高浓度的沉积物时。

除了药物浓度和金属离子的关系，研究还评估了非抗生素药物在城市排水系统中可能带来的生态风险。例如，抗高血压药物在城市排水系统中显示出极高的风险（100 ≤ RQ < 1000），这表明它们在水生生态系统中可能具有较强的毒性作用。这些药物的高浓度可能对水生生物造成威胁，例如影响其繁殖、生长或行为模式。此外，某些药物可能通过生物累积进入食物链，从而对人类健康构成潜在风险。因此，理解非抗生素药物在排水系统中的行为对于制定有效的废水管理措施至关重要。

研究还指出，城市排水系统中的药物浓度可能受到多个因素的影响，包括排水系统的长度（通常从几十到几百公里不等）、水力停留时间（几小时到几十小时不等）、支流流入量、人口用药习惯以及沉积物的动态变化。这些因素可能共同作用，影响药物在排水系统中的分布和去除过程。然而，目前大多数研究是在实验室或试点规模的条件下进行的，对实际城市排水系统中非抗生素药物的分布模式了解仍然有限。因此，未来的研究应更多关注实际城市排水系统中药物的分布和去除机制，以提供更准确的环境风险评估。

通过本次研究，可以更清晰地了解非抗生素药物在城市排水系统中的空间和时间分布特征，以及它们与环境因素之间的关系。这些发现不仅有助于识别非抗生素药物的主要来源，还为制定有效的废水管理策略提供了重要依据。例如，针对高浓度药物的排放点，可以采取更严格的管控措施，以减少它们对环境的潜在影响。此外，通过分析PNDLs，可以更好地了解药物的使用情况，从而为公共卫生政策提供支持。例如，某些药物的使用可能与特定的健康状况或生活方式相关，因此，通过PNDLs可以识别出药物使用的主要人群，从而为医疗和公共卫生部门提供针对性的干预建议。

总的来说，本次研究揭示了城市排水系统中非抗生素药物的分布规律，并指出了影响其分布的关键因素。这些发现对于理解新兴污染物在城市排水系统中的行为具有重要意义，也为建立科学的废水管理优先级提供了参考。未来的研究应进一步探索不同药物类别在排水系统中的行为差异，并结合实际环境条件，提出更加全面和有效的管理措施。此外，随着城市化进程的加快，非抗生素药物的排放量和种类可能会发生变化，因此，持续监测和研究这些药物在城市排水系统中的行为对于保护生态环境和人类健康至关重要。