全氟化合物污染特征及生態(tài)風(fēng)險評估

司圓圓 張卓婷 王林鈺 陳興漢(陽江職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 陽江 529500)

0 引言

全氟化合物是一類(perfluorinated compounds, PFCs)新型的持久性有機(jī)化學(xué)污染物，目前研究較多的是全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate, PFOS)和全氟辛酸(perfluorooctanoic acid，PFOA)兩類物質(zhì)[1]。該類物質(zhì)具有防水、防油、耐酸堿和強(qiáng)氧化劑等特征，且性質(zhì)穩(wěn)定，在紡織品、包裝、皮革及涂料添加劑和滅火器中廣泛應(yīng)用；環(huán)境中的PFCs可以通過食物鏈緩慢進(jìn)入高等動物，且生物蓄積性強(qiáng)，進(jìn)入高等動物體內(nèi)會干擾正常的內(nèi)分泌系統(tǒng)。由于PFCs可以長距離遷移，已經(jīng)證實在南極等邊緣區(qū)域檢測到該類物質(zhì)，PFCs已經(jīng)被認(rèn)為是全球性的污染物[2]。PFOS和PFOA也是近年來陸續(xù)被列入斯德哥爾摩公約中嚴(yán)禁生產(chǎn)和使用的物質(zhì)，發(fā)達(dá)國家已逐步意識到其危害性進(jìn)而將其列為禁止使用的物質(zhì)，而大部分發(fā)展中國家包括我國都在工業(yè)上繼續(xù)使用，因其性質(zhì)穩(wěn)定，難于降解，對生殖系統(tǒng)、神經(jīng)毒害較大，已經(jīng)引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[3-5]。

1 PFCs的污染現(xiàn)狀

環(huán)境介質(zhì)中PFCs的污染主要存在水體、大氣和土壤中。其中水體含量最高，主要包括地表水、飲用水和養(yǎng)殖水等，主要來源于工業(yè)排放。目前，PFCs在全球不同水體中的污染呈現(xiàn)普遍趨勢，主要包括太平洋中東部[6]、日本沿海[7]、中國香港沿海和長江入?？赱8]等，其中在南北極[9]也被檢測到，其整體污染水平處于納克級，通過食物鏈放大影響高等動物。工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)直接受到污染物排放的影響，不發(fā)達(dá)國家或地區(qū)由于PFCs的生物地化循環(huán)間接受到影響。PFCs的宿源為污水處理廠，由于其穩(wěn)定性強(qiáng)，難降解，對環(huán)境影響大，PFCs通過污水廠富集之后成為一個主要的排放源。由于PFCs較難揮發(fā)，且常規(guī)方法和儀器檢出限低，通常在大氣環(huán)境中檢出率較低，土壤中PFCs的檢出率也不高。

PFCs為持久性有機(jī)物，在生物體內(nèi)PFCs的蓄積水平高。自然環(huán)境中不能降解，因此通過食物鏈進(jìn)入高等動物后對之產(chǎn)生較大影響，文獻(xiàn)表明，PFOS為動物體內(nèi)主要的PFCs污染源，在高等動物中的含量明顯低于低等動物，肉食性動物體內(nèi)含量高于素食性動物[10]。對于毒性特征，PFCs的毒性較大，具有生物累積性，在生物體內(nèi)的蓄積水平甚至高于二英和農(nóng)藥類，具有致癌、生殖毒性、免疫毒性、誘變毒性等，可引起高等動物全身臟器損傷。PFCs的毒性特征主要考察其對水生生物和陸生生物的毒性影響，通過毒性試驗使植物或動物暴露于含PFCs的環(huán)境中，考察半數(shù)致死劑量或者存活率。

2 PFCs的毒性特征

PFCs不同于一般的持久性有機(jī)物的高脂肪親和能力，其對高等動物影響較大。進(jìn)入生物體內(nèi)之后與蛋白質(zhì)高度結(jié)合，富集在血液、肝臟、肌肉和脾臟器官，以血液和肝臟中濃度最高。PFCs的毒性特征主要考察PFCs對水生生物和陸生生物的影響。考察面涉及浮游藻類、洋蔥、大豆等，還有魚類、鵝等動物，綜合考察其對生態(tài)系統(tǒng)各食物鏈營養(yǎng)級中生物的影響。

2.1 對水生生物的毒性特征

對水生生物的毒性影響主要考察對水生植物的影響和水生動物的影響。對水生植物的影響主要通過毒性實驗來判斷，毒性終點為不同時間節(jié)點的細(xì)胞密度、葉綠素a、生長等。通過物種暴露實驗對不同浮游植物對PFCs的影響進(jìn)行毒性試驗，毒性指標(biāo)包括植物形態(tài)、節(jié)點數(shù)等進(jìn)行評價。不同水生植物對PFCs反應(yīng)敏感度不同，浮游植物(中肋骨條藻、小狐尾藻)對PFOS影響較大，而舟型藻對PFOS不敏感[11]。

對水生動物的影響考查不同時間節(jié)點的水生動物的成體存活率、生長、群落結(jié)構(gòu)和死亡率等。水生動物中，魚類對PFCs的敏感性高于無脊椎動物(牡蠣、貝等)，通過開展急性毒性實驗[12]，鱒魚暴露在PFOS中，96h半數(shù)致死計量為13.7mg/L，同等條件下，鹽水蝦96h半數(shù)致死劑量為3.5mg/L。

2.2 對陸生生物的毒性特性

對陸生生物的毒性影響主要考察對陸生植物的影響和陸生動物的影響。PFCs對陸生生物的毒性實驗是通過在不同含量PFOS的土壤中種植不同的植物種子，共進(jìn)行21d的發(fā)芽實驗及存活研究，考查指標(biāo)主要為目的植物物種的出芽率。一般認(rèn)為，洋蔥是對PFCs較敏感的物種[13]，常見植物對PFCs的敏感度依次為：西紅柿>生菜>苜蓿>大豆。

陸生動物主要包低等無脊椎動物和高等動物，主要通過96 h的半數(shù)致死劑量進(jìn)行考量。無脊椎動物通常選取蚯蚓和蜜蜂進(jìn)行，高等動物選取鳥類。對PFCs的毒性實驗表明，PFCs敏感度實驗表明敏感度蚯蚓>蜜蜂，蚯蚓96 h半數(shù)致死劑量為4.8 ug/只，而蚯蚓在373mg/kg的土壤中經(jīng)過14d的存活率觀察，沒有發(fā)現(xiàn)對其不利的影響。鳥類主要選取綠頭鴨和北鵪鶉，實驗基于毒性實驗，主要考察半數(shù)致死劑量、形態(tài)和體重等指標(biāo)，結(jié)果顯示對PFCs敏感度北鵪鶉>綠頭鴨。食物暴露后期，在北鵪鶉的肝臟和血清中均檢測到PFOS[11]。

3 PFCs的生態(tài)風(fēng)險評估

生態(tài)風(fēng)險評估是利用生態(tài)學(xué)、環(huán)境化學(xué)及毒理學(xué)的知識，定量確定危害對人類和生物的負(fù)效應(yīng)的概率及其強(qiáng)度的過程，也即是對風(fēng)險進(jìn)行預(yù)測和識別，給出某一危害發(fā)生的概率及其后果的性質(zhì)。主要評價對人群和物種引發(fā)威脅的概率，生態(tài)風(fēng)險評估是研究持久性有機(jī)物環(huán)境風(fēng)險的重要手段。對 PFCs展開生態(tài)風(fēng)險研究也是評估其生態(tài)危害的重要手段，該方法主要通過評估單一毒性有機(jī)化合物的生態(tài)毒理效應(yīng)來進(jìn)行打分與閾值進(jìn)行比較法實現(xiàn)。目前生態(tài)風(fēng)險評估的主要方法有環(huán)境暴露濃度法(PEC)對比法或環(huán)境期望濃度法(EEC)比較法。評估手段主要是通過一系列模型運(yùn)算，得到 PFCs的風(fēng)險商值(RQ)，以1為臨界點進(jìn)行比較，RQ值越大，表明該物質(zhì)風(fēng)險因素越大；RQ值越小，表示該有機(jī)物越安全。該方法是評估持久性有機(jī)物常用的方法，英國某環(huán)保機(jī)構(gòu)曾運(yùn)用該方法對本地域主要河流中的PFOS的來源進(jìn)行預(yù)測[14]，調(diào)查統(tǒng)計源內(nèi)的主要污染行業(yè)如半導(dǎo)體、電鍍、涂料、紙張?zhí)幚淼刃袠I(yè)，運(yùn)用歐盟地區(qū)的物質(zhì)評價系統(tǒng)，進(jìn)而計算出受到生產(chǎn)滅火器的企業(yè)污染河流水生生物的PEC/PNEC為4，而某些背景地區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)的PEC/PNEC較小，甚至小于0.004。大西洋某海洋環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)也運(yùn)用該方法得到類似的結(jié)論[15]。但是目前對PFOA的研究有限，文獻(xiàn)資料也不多，因此推斷在一般條件下，由PFOA帶來的生態(tài)風(fēng)險不大。但是在一系列生物放大的狀態(tài)下，PFOA的污染水平可能與PFOS是相當(dāng)?shù)腫16]。

4 結(jié)語

全氟化合物作為新型持久性有機(jī)化合物，在各類環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在，通過食物鏈放大、高等動物蓄積，已經(jīng)對生態(tài)系統(tǒng)造成了既在或潛在的污染。而我國對于PFCs的研究尚處于起步階段，對其污染來源研究不充分，對于該類物質(zhì)在自然環(huán)境中如何進(jìn)一步遷移轉(zhuǎn)化的文獻(xiàn)報道也較少，對該類化合物有效分析和檢測的研究也更是有限，同時隨著國際組織對PFCs管控日益嚴(yán)格及我國PFCs污染的日益加重，如何對PFCs進(jìn)行持續(xù)有效普查、檢測、風(fēng)險評估和安全性評價必將受到持續(xù)關(guān)注，有望成為國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)一步研究的熱點。