環(huán)境雌激素污染的生物修復(fù)研究進(jìn)展

石中全

重慶三峽醫(yī)藥高等專科學(xué)?；A(chǔ)醫(yī)學(xué)部，重慶市 404020

環(huán)境雌激素（Environment estrogen）是指存在于自然環(huán)境中的進(jìn)入人和動物體內(nèi)能干擾其內(nèi)分泌并引起各種病理效應(yīng)的物質(zhì)，因此又可將環(huán)境雌激素稱為“內(nèi)分泌干擾化合物”。它包括農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用的有機(jī)磷農(nóng)藥，塑料制品釋放的聚乙烯、聯(lián)苯酚A、鄰苯二甲酸酯，作為藥物使用的雌二醇、地塞米松等有機(jī)化學(xué)物質(zhì)［1］。這些物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中可廣泛存在于土壤、大氣、水體中，經(jīng)過環(huán)境中的動物和植物富集后進(jìn)入人體內(nèi)與人體正常的激素競爭，結(jié)合激素受體，引起內(nèi)分泌紊亂導(dǎo)致各種機(jī)能障礙［1，2］。環(huán)境中這些污染物來源廣泛，有的來自于生活垃圾，有的來自于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，還有的來源于醫(yī)院廢物。尤其是醫(yī)院中廢物對環(huán)境影響更大［3］。

從30多年前就有學(xué)者研究環(huán)境雌激素生物修復(fù)技術(shù)，到目前為止已從石油、農(nóng)藥、塑料污染的水和土壤中分離出降解多環(huán)芳烴［4］、氯乙烯［5］、氯氰菊酯［6］、芐嘧磺?。?］等的微生物，從20世紀(jì)80年代起已成功應(yīng)用于黑臭河道［8］、海岸線溢油［9］、土壤重金屬［10］污染的治理。本文就醫(yī)院廢水處理技術(shù)及環(huán)境雌激素生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展作一綜述。

1 醫(yī)院廢水處理現(xiàn)狀

環(huán)境雌激素主要來源于醫(yī)院廢水，我國醫(yī)院分為綜合性醫(yī)院、?？漆t(yī)院、傳染病醫(yī)院等，這些醫(yī)院所產(chǎn)生的廢水比一般生活廢水污染危害更大，除含一般生活污水外，還含有各種病原微生物、放射性物質(zhì)、消毒劑、重金屬及各類藥物等［3］。醫(yī)院廢水處理一般應(yīng)用物理、化學(xué)及生物方法處理，雖然經(jīng)過處理但廢水中一些藥物如雌激素、地塞米松等仍然存在，構(gòu)成環(huán)境雌激素的一部分，進(jìn)入人體將造成人體代謝尤其是生殖系統(tǒng)嚴(yán)重影響，成為重要的污染源，直接危害人民群眾身體健康［3］，因此對于這些污染物的處理至關(guān)重要。

2006年中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)數(shù)據(jù)，全國共調(diào)查縣及縣以上醫(yī)院10 332家，床位約206萬張。重點(diǎn)調(diào)查醫(yī)院廢水排放量達(dá)3.8億噸，醫(yī)療廢物產(chǎn)生量為25萬噸。調(diào)查醫(yī)院共設(shè)有9 990套廢水處理設(shè)施，每日廢水處理能力為244萬噸，廢水處理率92.2%，廢水排放達(dá)標(biāo)率83.3%。

目前醫(yī)院常用廢水處理方法包括物理處理法、化學(xué)處理法、生物化學(xué)處理法［11］。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展大潮中，隨著工業(yè)化程度的提高，廢水排放越來越多，越來越復(fù)雜，而人們的環(huán)境保護(hù)意識也日益增強(qiáng)，不斷有新的環(huán)境保護(hù)法出臺，對廢水的處理排放要求也越來越嚴(yán)格?？蒲泄ぷ髡邆儾粩嘌邪l(fā)出新的廢水處理技術(shù)和廢水處理工藝，目前，我國醫(yī)院廢水處理一般采用二級處理。

一級處理主要是污水處理、去除特定的離子、對pH值的調(diào)整等。二級處理主要是指生物處理。一級處理、二級處理的具體方法有：消毒法、污泥處理法、電壓脈沖放電法、膜生物反應(yīng)器、納米二氧化鈦處理法、接觸氧法等［12］。消毒法又包括紫外線法、超聲波法、輻射法、冷凍法、加熱法、臭氧法、氯化法、陽離子表面活性劑法等［13］。

醫(yī)院廢水雖然經(jīng)過以上處理但是所排放的廢水中仍然存在一些問題，如氯值超標(biāo)造成二次污染，水中某些病原微生物超標(biāo)，一些藥物殘留等。尤其是藥物殘留問題需引起重視。

2 環(huán)境雌激素存在與影響

醫(yī)院廢水中殘留的藥物種類多，有的是激素類藥物如雌二醇、糖皮質(zhì)激素類藥物，Chang H等于2007年報(bào)道在國內(nèi)的廢水廠處理后的廢水和江水中存在6種糖皮質(zhì)類激素［14］，其中皮質(zhì)醇為（39±26）ng／L，可的松為（30±21）ng／L。Van der Linden SC等報(bào)道在荷蘭的工廠、醫(yī)院的廢水和飲用水、地表水中均存在糖皮質(zhì)類激素，其中，城市污水廠處理后的廢水中的地塞米松的含量達(dá)11～243ng／L［15］。Schriks M 等報(bào)道在荷蘭的醫(yī)院處理前的廢水中糖皮質(zhì)類激素的含量為13～1 900ng／L［16］。這些激素類藥物通過醫(yī)院廢水進(jìn)入環(huán)境中被歸為環(huán)境雌激素。

環(huán)境雌激素被攝入機(jī)體后，具有干擾機(jī)體內(nèi)正常內(nèi)分泌物質(zhì)合成、釋放、運(yùn)輸、結(jié)合、代謝諸過程，其可激活或抑制內(nèi)分泌系統(tǒng)的功能，從而破壞機(jī)體穩(wěn)定性和調(diào)控作用的化合物，包括植物天然雌激素及人工合成化合物等。環(huán)境雌激素物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體后，與機(jī)體正常分泌的內(nèi)分泌激素競爭，結(jié)合細(xì)胞內(nèi)的激素受體，造成人體激素過剩，內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂，干擾人體性激素的正常工作，從而出現(xiàn)各種機(jī)能障礙。

環(huán)境雌激素中具有代表性的有PCB（多氯聯(lián)苯）類化學(xué)物質(zhì)、殺蟲劑DDT等有機(jī)氯農(nóng)藥、垃圾燃燒產(chǎn)生的二惡英等毒性氣體及作為女性合成激素使用的已烯雌酚（DES）等醫(yī)藥品。另外還有舊式冰箱產(chǎn)生的氟利昂，石油代謝物多環(huán)芳烴、酚類等，各種塑料制品，特別是塑料食品器具能釋放大量的PCB聚氯聯(lián)苯、聚已烯、鄰苯二甲酸酯、聯(lián)苯酚A等；還有化妝品中的羥苯、苯酮、防酸劑BHA等，以及各種色素、防腐劑。這些環(huán)境雌激素物質(zhì)在我們?nèi)粘Ｉ钪袩o處不在，對健康的影響不容忽視［2］。環(huán)境雌激素在環(huán)境中通過動、植物富集后被人體攝入積聚，干擾正常內(nèi)分泌活動，學(xué)術(shù)上稱之為“外源性內(nèi)分泌干擾物”?！端拇萍紙?bào)》等報(bào)道其對人體可造成以下危害：男性精子數(shù)量減少、不育率增高；多胎現(xiàn)象；出生畸形；孩子性早熟；兒童行為異常增多；引起癌癥和自身免疫性病等［17］。

廢水中排出的雌激素和地塞米松等激素類藥物也屬于環(huán)境雌激素一部分，其中，17β－雌二醇（E2）為環(huán)境雌激素中作用較強(qiáng)的一種，進(jìn)入生物體后可以擾亂正常的內(nèi)分泌功能，改變在發(fā)育和成年階段機(jī)體胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，從而造成生殖、免疫、神經(jīng)等系統(tǒng)的多種病變［18］，具有污染范圍廣、危害大等特點(diǎn)，即使在極低的濃度下（1.0ng／L）也會對生物體產(chǎn)生明顯的影響［19］。陸亮等報(bào)道E2對生精細(xì)胞T型鈣通道有抑制作用，呈濃度依賴性［20］；許多證據(jù)提示雌激素是HPV致癌的輔助因子［21，22］。近年來環(huán)境雌激素污染引起了全世界的廣泛關(guān)注，西方國家更是將環(huán)境雌激素問題與臭氧層破壞及溫室效應(yīng)相提并論，是目前環(huán)境科學(xué)工程研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)。2002年國際上簽署的《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》中，首批確定的禁止使用的12種持久性有機(jī)污染物就是環(huán)境激素類物質(zhì)。同樣，地塞米松（dexamethasone）也可以通過污染水體在生物體內(nèi)長期富集，可引起激素性青光眼和白內(nèi)障。此外，地塞米松局部或長期大量富集可以導(dǎo)致結(jié)締組織變性以及骨骼脫鈣、骨質(zhì)疏松及病理性骨折為主要表現(xiàn)的“脫鈣效應(yīng)”［23］。

3 環(huán)境雌激素生物修復(fù)研究

近年來，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者致力于環(huán)境雌激素的污染治理，提出了許多有益建議，并作出了許多成果，其中生物修復(fù)是最好、最有效的方法。

生物修復(fù)技術(shù)［24］，是指生物特別是微生物催化降解有機(jī)物，去除或消除環(huán)境污染的一個受控的或自發(fā)的過程。研究發(fā)現(xiàn)，自然界的微生物在特定環(huán)境下可被馴化為具有相應(yīng)代謝途徑的微生物，生物修復(fù)研究和應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是石油生物修復(fù)、重金屬生物修復(fù)、農(nóng)藥生物修復(fù)，近年已從石油、農(nóng)藥、塑料污染的水和土壤中分離出降解多環(huán)芳烴［4］、氯乙烯［5］、氯氰菊酯［6］、芐嘧磺隆［7］等的微生物，從20世紀(jì)80年代起已成功應(yīng)用于黑臭河道［8］、海岸線溢油［9］、土壤重金屬［10］污染的治理。較之其他治理途徑，生物修復(fù)技術(shù)成本低、處理效果好、無二次污染，廣泛應(yīng)用于土壤和天然水體污染的治理。

對于醫(yī)院廢水中激素的處理也可采用生物修復(fù)技術(shù)。利用微生物降解雌二醇是治理其污染的重要途徑［25］。王亞娥等分別在好氧和厭氧條件下，研究了污水處理廠的活性污泥對雌二醇的降解效果，同時考察了污泥混合液中碳源和氮源對降解速率的影響，結(jié)果表明，在好氧條件下，經(jīng)過70min，初始濃度為30μg／L的17β－雌二醇被完全降解，添加碳源和氮源對降解速率無顯著影響，而厭氧污泥對17β－雌二醇的降解速率遠(yuǎn)小于好氧污泥，添加碳源和氮源對降解有一定的抑制作用［26］。Ying等對沉積物中的雌二醇的生物降解進(jìn)行研究，結(jié)果顯示1.0μg／g的17β－雌二醇能被較快降解，半衰期為2～4.4d［27］。Lee等分別在好氧和厭氧條件下，利用污水中的細(xì)菌處理17β－雌二醇，結(jié)果表明200μg／L的17β－雌二醇幾乎被完全氧化為雌激素酮，然后被快速降解［28］。這些研究表明在活性污泥中存在能降解17β－雌二醇的微生物，但尚未分離出這類微生物。17β－雌二醇也可以被光降解，包括TiO光催化降解、類－Fenton體系光降解、紫外光降解和藻類光降解等，目前研究較多的是TiO光催化降解。光降解對減弱17β－雌二醇的生物毒性是有效的，可以在一定程度上起到抑制作用，但光降解過程還需進(jìn)一步優(yōu)化，以達(dá)到無害化處理的目的。對地塞米松污染的治理技術(shù)，目前尚未見報(bào)道。因此深入研究其激素污染的治理技術(shù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 展望

利用生物修復(fù)技術(shù)修復(fù)處理醫(yī)院廢水中殘留激素是一種有效、低成本、綠色、方便的方法，尤其是對廢水中地塞米松的降解。目前，國內(nèi)外對廢水中地塞米松降解研究未見報(bào)道，值得進(jìn)一步探討與研究，廢水中激素降解菌在處理廢水中激素處理的應(yīng)用價值非常高，還可為新型凈水劑的制備奠定基礎(chǔ)。

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