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新兴污染物的分析、迁移转化与控制技术:以药物活性化合物为例

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商品详情

书名:新兴污染物的分析、迁移转化与控制技术:以药物活性化合物为例
定价:75.0
ISBN:9787030549174
作者:段艳平,陈玲,代朝猛
版次:1
出版时间:2017-11

内容提要:
药物活性化合物(Ph ACs)在生态系统中具有较强的持久性、生物活性、生物累积性和缓慢的生物降解性特点,如果长期暴露于人体和水生、陆生生物体,会给生态环境和人类健康带来潜在的威胁,因此水环境中PhACs的残留问题引起了世界的广泛关注。本书从PhACs的概念、来源及环境污染现状出发,系统地介绍了其分析检测方法,阐述了其在污水处理系统和河流水体中的赋存特征、迁移转化及环境归趋,并对其潜在风险进行了评估,阐述了PhACs的控制技术,并提出了PhACs污染源控制对策。

目录:
目录

前言
第*篇 环境中的PhACs
第1章 PhACs的环境污染概况 3
1.1 PhACs的概念 3
1.2 PhACs的环境污染现状 3
1.3 水环境中的酸性药物 7
参考文献 15
第二篇 环境样品中PhACs的分析检测技术
第2章 环境样品中PhACs的分析方法 23
2.1 概述 23
2.2 酸性药物的分析测定方法研究进展 27
参考文献 35
第3章 双氯芬酸分子印迹固相萃取方法研究 39
3.1 实验材料与方法 39
3.2 结果与讨论 42
3.3 小结 48
参考文献 49
第4章 环境样品中PhACs多模板分子印迹固相萃取分析方法的建立 51
4.1 实验材料与方法 52
4.2 结果与讨论 55
4.3 小结 62
参考文献 62
第三篇 环境中PhACs的迁移转化及归趋
第5章 污水处理厂中PhACs的分布、行为及归宿 67
5.1 实验材料与方法 67
5.2 结果与讨论 74
5.3 小结 86
参考文献 87
第6章 污水处理厂受纳河流中典型酸性药物的多相分布及潜在风险初步评估 91
6.1 实验材料与方法 91
6.2 结果与讨论 95
6.3 小结 103
参考文献 103
第7章 Level Ⅲ模型对典型PhACs环境归趋的模拟 106
7.1 多介质逸度模型 106
7.2 Level Ⅲ模型对典型PhACs环境归趋的模拟研究 107
参考文献 109
第四篇 环境中PhACs的风险评价
第8章 PhACs的环境风险评估研究 113
8.1 PhACs的物化特性及其对环境介质的影响 113
8.2 PhACs潜在风险分析 115
8.3 PhACs的环境风险评估研究进展 116
8.4 PhACs的环境风险评价 117
8.5 PhACs风险研究存在的问题 118
参考文献 118
第9章 河流水体中典型PhACs的风险评价 120
9.1 河流水体中典型PhACs的危害性评价 120
9.2 河流水体中典型PhACs的暴露量评价 122
9.3 河流水体中典型PhACs的效应评价 123
9.4 河流水体中典型PhACs的风险特征 124
9.5 河流水体中典型PhACs的健康风险评价 126
参考文献 128
第五篇 PhACs的控制技术
第10章 臭氧氧化技术在去除水体中*物方面的应用 133
10.1 臭氧氧化技术基本原理 133
10.2 臭氧氧化技术在处理水中PhACs方面的应用 135
10.3 臭氧在水处理应用中的优点及存在的问题 137
参考文献 137
第11章 一体化阶式臭氧反应器去除水中的氯贝酸 140
11.1 实验材料与方法 140
11.2 实验装置与方案设计 142
11.3 结果与讨论 146
11.4 小结 158
参考文献 159
第12章 氯贝酸在Cascade反应器和传统鼓泡塔反应器中臭氧氧化效果的比较 161
12.1 实验材料与方法 161
12.2 实验装置与方案设计 161
12.3 实验结果与讨论 163
12.4 小结 170
参考文献 171
第13章 分子印迹技术去除水体中的卡马西平和氯贝酸 172
13.1 实验材料与方法 172
13.2 结果与讨论 175
13.3 小结 183
参考文献 183
第14章 PhACs污染控制技术与对策 186
14.1 PhACs污染源控制 186
14.2 提高污水厂处理工艺 186
14.3 开展PhACs风险评价工作 186
附录 188

在线试读:
第*篇 环境中的PhACs
  第1章 PhACs的环境污染概况
  1.1 PhACs的概念
  新兴污染物——药物活性化合物(pharmaceutically active compounds,PhACs)是指人用药物和兽用药物的活性成分,涵盖多类理化性质、生物活性不同的化学品,粗略估计达10000多种,全球生产的原料药品已达2000多种,年产量接近2×106 t。据估计,全球人用药物的年消费量是100 000 t,对应的世界平均总消费量为15 g/(人·年)。
  药物是目前人类对抗疾病必不可少的一种武器。其中,许多药物除了广泛用于人们疾病的预防和治疗外,还大量应用于家禽饲养、水产养殖及食品加工等[1],并极大地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问题,给人们的生活和健康带来了严重的隐患。药物在人体健康和畜牧业生产中起到了积极的作用,但是未被完全吸收、利用的药物或其代谢物将通过尿液、粪便排泄等途径进入水体,而污水处理厂现有处理技术不能对其进行有效去除。虽然药物在水体中的半衰期较短,但是其大量、频繁地使用,仍有可能形成“伪持久性”污染。近年来,在地表水、地下水、饮用水、污泥、土壤、水生物体内等环境介质中都有报道检测到不同浓度水平的药物,不但污染环境,而且破坏生态,其对生态环境和人类健康的影响已引起国际社会的广泛关注。欧美一些国家已经对水环境中*物污染途径、主要污染源、对生态系统的危害,以及污染控制、防治对策等方面做了逐步深入的研究。联合国环境规划署(UNEP)曾在“全球环境展望(GEO):保护环境是为了发展”(GEO-4)报告中明确提出,必须考虑如止痛片和抗生素这类医药品对水生态系统的影响[2]。“全球环境展望”是联合国环境规划署*重要的评价项目及报告系列,从中足以看出药物已经成为环境中的一种新兴污染物而不能再被忽略。
  1.2 PhACs的环境污染现状
  1.2.1 环境中PhACs的主要来源
  环境中*物的来源主要包括以下几个方面。
  (1)药物进入环境始于生产厂家,以固体废物或废水形式排放到环境中。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,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[3]。Bound和Voulvouli[4]曾对此进行研究,受调查的400户英国家庭对未使用药物和过期药物的处置进行作答,结果表明有大约一半的受访者没有使用完他们的药物,并且这些人中有63.2%直接将未使用药物丢弃在了垃圾箱中,21.8%将未使用药物带回药房回收,11.5%将未使用药物丢弃在了水槽和厕所。在德国,据估计每年在医疗护理中要处置16 000 t药物,其中60%~80%或者丢弃在了厕所,或者随家庭垃圾丢弃[5]。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。
  (2)人类使用的药物通过尿液和粪便的排泄进入原污水,居民住户和医院排出的这些废物,*终进入城市污水处理厂。处理过程中未去除的药物将进入环境水体或地下水。同时,暴雨泛滥和下水道系统渗漏也会导致药物直接进入天然水体。由于某些药物是通过污泥吸附从废水中去除,所以将污泥作为土壤肥料施用时也会导致药物进入环境,同时这些被吸附的药物在储存堆放过程中可能会渗滤到地下水中。此外,用处理后的废水灌溉耕地,若在通过土壤的过程中没有发生吸附或降解过程,其中含有的极性药物也会对地下水造成污染。例如,在地下水中就检测到卡马西平的浓度高达610 ng/L[6]。假设药物及其残余在饮用水处理工艺中不能被有效地去除,那么人类对药物持续的摄取将是不可避免的事情,其中一个例子就是氯贝酸(脂肪调节剂的代谢产物)在柏林的自来水中检测到,其浓度为10~165 ng/L[7]。由于这些物质难以降解,所以容易在污泥中积累。因此将剩余污泥用作肥料也是该类污染物进入环境的主要途径之一。
  (3)固体废物采取焚烧的方式可完全去除其中的药物成分,然而固废填埋可能导致药物在填埋厂排水或渗滤液中重新出现,即使填埋场出水在污水处理厂进行处理,也仍会有所残留。
  (4)农用药物造成的污染。农药并不是*一的农用药物,农用药物还包括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[8]。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、阿司米星等,它们在农业防治病、虫、草害方面发挥了巨大作用[9]。现在世界各国除致力于寻找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[10]。抗生素在农业生产上的作用毋庸置疑,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,使农用抗生素不可避免地进入水环境中。
  (5)饲用药物污染非常普遍。目前药物主要是饲用抗生素,作为饲料添加剂使用时称为抗菌生长促进剂(antimicrobial growth promoter,AGP),自20世纪50年代以来被广泛用在畜禽养殖中。AGP在使用时,动物本身并无明确的病症,目的也并不是治疗某种疾病,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非常普遍,总用量是惊人的。饲用药物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。
  大部分药物极性强、难挥发,从而阻止了它们从水体环境中的逃逸,因而水环境成为药物类化合物的一个主要的储存“库”。随着药物长期源源不断地输入,水生生物将会遭受药物类物质的永jiu性暴露,部分具有生物积累性的物质还可能通过食物链传递。与此同时,地表水体和土壤、沉积物中的药物还有可能通过渗透作用与径流进入地下水,进而威胁到人类的饮用水环境。因此研究药物在各种环境包括河流、海洋、地下水、沉积物、水生动植物中的浓度水平、传递途径和行为、转化与代谢产物,对理解PhACs类物质的污染现状与可能造成的生态影响具有十分重要的意义。
  1.2.2 环境中PhACs的赋存现状
  作为一种新兴污染物,PhACs越来越受到欧盟地区及美国、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有报道检测到不同水平的药物残留。
  根据目前文献报道,在环境中检出频率较高的药物见表1.1。其中抗生素类、雌激素类、消炎止痛药等不仅使用量大,而且环境中检出频率高。
  表1.1 环境中常见的PhACs
  近几年来,国内水环境中也有关于PhACs残留的报道,但是大多是关于抗生素的研究。徐维海等[11]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,包括氧氟沙星、诺氟沙星、罗红霉素、红霉素、磺胺嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺甲唑、氯霉素等。刘玉春等[12]应用固相萃取SPE及LC-MS/MS技术,建立了水中痕量大环内酯类抗生素(即红霉素、脱水红霉素、罗红霉素)的分析方法,测得珠江广州河段某水样中红霉素、脱水红霉素和罗红霉素质量浓度分别为164 ng/L、291 ng/L和134 ng/L。刘虹等[13]利用固相萃取-高效液相色谱法检测出水、沉积物和土壤中有氯霉素、土霉素、四环素和金霉素4种抗生素,浓度水平为μg/L或μg/kg。谭建华等[14]利用固相萃取-高效液相色谱法对珠江广州河段的水体进行了分析,检测到磺胺甲唑、氧氟沙星、诺氟沙星及环丙沙星,质量浓度范围为0.197~0.510 μg/L。叶计朋等[15]调查了9种典型抗生素类药物在珠江三角洲重要水体(珠江、维多利亚港、深圳河与深圳湾)中的污染特征。结果显示,珠江广州河段(枯季)和深圳河抗生素药物污染严重,*高含量达1340 ng/L,地表水中大部分抗生素含量明显高于美国、欧洲等发达国家和地区河流中*物含量,红霉素(脱水)、磺胺甲 唑等与国外污水中含量水平相当甚至更高。受深圳河污染的影响,深圳湾不同区域水体在一定程度上也受到抗生素药物污染,含量在10~100 ng/L。
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