垃圾场附近地下水中对羟基苯甲酸酯的分布特征、季节动态与生态健康风险——以尼日利亚西南部为例

《ACS Omega》：Profiling, Distribution, and Risk Assessment of Parabens in Groundwater Near Dumpsites

本文系统评估了尼日利亚西南部奥孙、奥约和拉各斯三州垃圾场附近地下水中五种对羟基苯甲酸酯（Parabens）的污染特征、季节变异及生态与健康风险。研究发现，甲基对羟基苯甲酸酯（MeP）和甲基-3,5-二氯对羟基苯甲酸酯（McP）为优势污染物，干季浓度显著高于雨季。主成分分析（PCA）揭示了相似的人为污染来源。生态风险评价（ERA）显示无脊椎动物面临较高的急慢性风险，人类健康风险评估（通过估计每日摄入量EDI、慢性每日摄入量CDI和危害商HQ分析）表明儿童暴露风险显著，危害指数（HI）普遍超过安全阈值。研究结果对制定区域水质安全政策具有重要警示意义。

　　

1. 引言

垃圾场渗滤液对地下水（GW）系统的污染已成为全球性的环境威胁。渗滤液中含有多种有机和无机物质，包括重金属和内分泌干扰化合物（EDCs），如个人护理产品、酚类物质和塑化剂。在尼日利亚等发展中国家，快速的城市化和工业化导致露天垃圾场数量增加，而废物管理不善加剧了水资源污染。对羟基苯甲酸酯（Parabens）是一类广泛用于食品、药品和个人护理品行业的EDCs，作为防腐剂和抗菌剂使用。它们在水生环境中的持久存在可能对水生生物造成发育障碍，而人类通过摄入受污染的地下水可能面临健康风险，如肥胖、生殖和神经系统疾病。本研究聚焦尼日利亚西南部奥孙、奥约和拉各斯三州，调查垃圾场附近地下水对羟基苯甲酸酯的地理和季节变异特征，并评估其对水生生物和人类的潜在风险。

2. 材料与方法

2.1. 标准品与试剂

研究使用Sigma-Aldrich提供的甲基对羟基苯甲酸酯（MeP）、乙基对羟基苯甲酸酯（EtP）、丙基对羟基苯甲酸酯（PrP）、丁基对羟基苯甲酸酯（BuP）和甲基-3,5-二氯对羟基苯甲酸酯（McP）分析标准品。固相萃取（SPE）采用Oasis HLB柱。

2.2. 采样点描述

采样点位于奥孙、奥约和拉各斯三州的城乡区域，覆盖雨季和干季。地下水样品来自垃圾场周围500米范围内的手挖井、水龙头和钻孔。

2.3. 地下水采样设计

在2024年5月至2025年4月期间进行为期一年的采样，共60个点位。现场测量pH、总溶解固体（TDS）和电导率（EC）等理化参数。

2.4. 样品前处理与萃取

水样经0.22 μm滤膜过滤后，用固相萃取法富集目标分析物，萃取物用高效液相色谱-紫外检测器（HPLC-UV）进行分析。

2.5. 仪器分析

采用HPLC-UV系统，C-18色谱柱，以甲醇-水（70:30, v/v）为流动相，等度洗脱，检测波长分别为254 nm（MeP、EtP、PrP、BuP）和280 nm（McP）。

2.6. 质量控制与质量保证

通过空白实验、加标回收率、精密度等验证方法可靠性，各化合物回收率在94.9%–102%之间，相对标准偏差（RSD）小于7.9%。

2.7. 环境风险评估

2.7.1. 生态风险评估

采用风险商值（RQ）评估对藻类、无脊椎动物和鱼类的急慢性风险。RQ = MEC/PNEC，其中PNEC基于EC₅₀/LC₅₀或NOEC除以评估因子（AF）计算。RQ > 1表示高风险。

2.7.2. 人类健康风险评估

通过估计每日摄入量（EDI）、慢性每日摄入量（CDI）和危害商（HQ）评估非致癌风险。EDI = (C × IR)/BW，CDI考虑暴露频率（EF）、暴露持续时间（ED）等参数，HQ = EDI/RfD，多个化合物的风险以危害指数（HI）表示。

2.8. 数据分析与评估

使用GraphPad Prism和SPSS进行统计分析，主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）用于解析变量间关系。

3. 结果与讨论

3.1. 垃圾场附近地下水的理化特征

多数样点的EC值符合世界卫生组织（WHO）标准（≤500 μS/cm），但干季部分城乡样点超标。TDS值均低于WHO限值（1000 mg/L），干季浓度较高。pH值在6.5–8.5之间，雨季略高。理化参数显示季节性稀释-浓缩循环及人为活动对地下水质量的影响。

3.2. 对羟基苯甲酸酯化合物的检测与分布频率

MeP和McP的检出频率最高，浓度顺序为McP ≈ MeP ? PrP ≈ EtP ≈ BuP。干季浓度普遍高于雨季，奥孙州农村地区浓度最高。空间上，农村样点浓度较高，但拉各斯州城市区域更高。统计检验表明城乡间无显著差异（p > 0.05），提示暴露风险广泛存在。

3.3. 多元统计分析

3.3.1. 主成分分析（PCA）

PCA显示EC和TDS是主要方差贡献因子，与对羟基苯甲酸酯分布密切相关。各州样点呈现季节性和空间性聚类，反映污染来源相似性。

3.3.2. 层次聚类分析（HCA）

HCA将变量分为对羟基苯甲酸酯簇和理化参数簇，证实季节性和人为输入是主要驱动因素。

3.4. 生态风险评估

无脊椎动物的急慢性RQ值最高（常>1），其次为藻类和鱼类。BuP因疏水性强，风险显著。干季风险普遍升高，拉各斯州风险最高。

3.5. 人体暴露与风险评估

儿童EDI和CDI值高于成人，MeP暴露量最大。HI值在儿童中显著超标（HI >1），尤其在干季都会区。PrP和BuP的贡献亦不容忽视，长期暴露可能引起神经内分泌干扰。

4. 结论

本研究首次在尼日利亚地下水系统中全面评估了五种对羟基苯甲酸酯（包括氯代衍生物McP）的污染状况。MeP和McP为优势污染物，干季浓度升高，农村地区风险突出。生态风险评估表明无脊椎动物最为脆弱，健康风险分析显示儿童面临显著暴露。结果强调需加强对羟基苯甲酸酯的监管及地下水处理措施，以保障生态系统和公共健康。