海岸气溶胶中污水化学物质的识别及其对人体健康的潜在影响

美国研究团队针对美墨边境蒂华纳河(TJR)污水排放导致的太平洋沿岸污染问题，通过追踪苯甲酰爱康宁(可卡因代谢物)等污水示踪剂，首次证实污水中的非法药物、轮胎和个人护理品化学物质可通过气溶胶化进入海岸空气，当地居民每小时可能吸入数十纳克污染物。该研究发表在《Science Advances》，揭示了被忽视的大气污染途径，为评估沿海地区健康风险提供新依据。

　　

在美墨边境地区，每天有数百万加仑未经处理的污水通过蒂华纳河(TJR)排入太平洋，这些污水包含生活废水、工业废水和地表径流，已成为该区域海岸污染的主要来源。随着全球水污染问题日益严峻，人们主要关注水体污染的直接危害，却忽视了污染物可能通过气溶胶化进入大气，进而威胁沿海居民健康的新途径。

为探究这一潜在风险，研究人员开展了一项创新性研究。他们选择苯甲酰爱康宁(BEN)——一种稳定的可卡因代谢物作为污水示踪剂，因其在环境中不易挥发且主要来源于人类排泄物。研究团队在2020年1月至3月期间，沿美国圣迭戈海岸线从南至北设置了5个采样点：边境州立公园(BF)、蒂华纳河(TJR)、帝王滩(IB)、银滩(SS)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)码头。通过同步采集23小时气溶胶样本和每日水样，结合液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)非靶向分析技术，检测了12类代表性污染物，包括非法药物、药物代谢物、轮胎添加剂和个人护理品成分等。

研究采用的关键技术包括：1) 基于FLEXPART模型的48小时气团反向轨迹分析，结合当地风速和降水数据评估污染物来源；2) 使用De Leeuw海喷雾气溶胶(SSA)源函数模型量化污染物从海洋到大气的传输通量；3) 通过固相萃取(PPL树脂)和Orbitrap高分辨质谱进行痕量化合物的定性与定量分析。

研究结果揭示了多项重要发现：

1. 空间分布特征
   通过比较不同采样点的浓度梯度，发现大多数化学物质在蒂华纳河附近的水体和气溶胶中浓度最高。例如，苯甲酰爱康宁在TJR水中的浓度比最北端SIO站点高3个数量级，在BF和IB气溶胶中的浓度显著高于SIO。这种空间分布证实了TJR是污染物的主要来源。

2. 降水事件的影响
   研究捕捉到降水期间TJR流量增加与IB海水中苯甲酰爱康宁浓度升高的直接关联(R²=0.90)。随后3天的气溶胶浓度累积与模拟的SSA质量通量高度相关(R²=0.99)，证实了污水污染物通过海喷雾机制进入大气的途径。

3. 污染物相关性分析
   八甲氧基肉桂酸酯(octinoxate)、甲基苯丙胺(methamphetamine)和二苄胺(dibenzylamine)与苯甲酰爱康宁的线性相关系数最高(r²>0.7)，表明它们与污水有共同来源。而咖啡因(r²=0.32)和某些杀虫剂相关性较弱，提示存在其他来源。

4. 化学性质与传输效率
   通过分析辛醇-水分配系数(K_ow)和气泡吸附系数(K_s)，发现表面活性强的化合物如八甲氧基肉桂酸酯虽在表面富集，但因气泡捕获效率低，其气溶胶富集因子(AF)相对较低。而苯甲酰爱康宁等低K_ow高K_s物质则更易通过气泡夹带进入气溶胶。

5. 跨介质通量估算
   研究推算TJR向太平洋排放的污染物通量惊人：八甲氧基肉桂酸酯达10-100 kg/天，甲基苯丙胺0.1-1 kg/天。基于全球海岸线数据外推，每年可能有约40,000吨八甲氧基肉桂酸酯从海洋进入陆地大气。

6. 健康暴露评估
   在IB地区，居民通过吸入每小时可能接触1-10 ng八甲氧基肉桂酸酯和甲基苯丙胺，比SIO地区高一个数量级。虽然该暴露量远低于药物剂量，但长期低剂量吸入的健康影响尚不明确。

这项研究首次系统揭示了污水污染物通过气溶胶化对沿海居民构成的新型暴露风险。其重要意义在于：

1. 突破了传统仅关注水介质污染的局限，提出了"水-气"跨介质传输的新视角；
2. 建立了苯甲酰爱康宁作为污水气溶胶示踪剂的方法学；
3. 为评估全球沿海城市类似污染提供了范式，特别是对长江、恒河等大河三角洲区域具有警示作用；
4. 呼吁修订空气质量监测标准，将污水源有机污染物纳入常规监测指标。

研究也指出未来需深入探究的方向：污染物在大气中的化学转化、内陆淡水系统的气溶胶化潜力，以及长期低剂量暴露的健康效应。随着气候变化加剧风暴频率，污水溢流事件增多，这项发表在《Science Advances》的研究为制定海岸带综合管理政策提供了关键科学依据。