饮用水中氟虫腈及其代谢产物的分布特征和消除效果评价

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenanji
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背景:氟虫腈(fipronil,FP)是一种苯基吡唑类广谱杀虫剂,广泛应用于农业、兽医和公共卫生等方面。在不同环境条件下,氟虫腈主要通过光解、还原和氧化反应,代谢为氟虫腈亚砜(FP-SFI)、氟虫腈砜(FP-SFO)、氟甲腈(FP-DES)和氟虫腈酰胺(FP-AM)4种产物。随着氟虫腈的广泛使用,氟虫腈及其代谢产物(FPs)对环境生态系统和人类健康的影响日益受到人们的关注。近些年已在全球多处湖泊、河流等水体中检测出氟虫腈及其代谢产物(FPs)。但是国内自来水和地下水中的氟虫腈污染状况以及人体饮水摄入FPs的暴露风险情况均处于空白状态,相关资料十分匮乏。同时,水源水中的FPs污染会给饮用水厂处理工艺带来新的挑战,对饮用水的安全问题造成隐患。目的:描述我国各地区自来水和地下水中FPs的空间分布特征,计算人体通过饮用水对FPs的每日估计摄入量(estimated daily intake,EDI),评估由此带来的健康风险。同时,以武汉市为例,调查水源水中的FPs在饮用水处理过程中的消除情况,并描述自来水中FPs污染情况的季节性变化。方法:本研究于2019年6月在我国大陆31个省份和香港地区共收集789个自来水样和95个地下水样,使用液相色谱三重四级杆串联质谱仪(LC-ESI-MS/MS)检测了氟虫腈以及氟虫腈亚砜、氟虫腈砜、氟甲腈和氟虫腈酰胺等4种代谢物的浓度。由于各目标检测物的浓度处于偏态分布,故使用中位数和四分位数对其分布进行描述,使用Wilcoxon或Kruskal-Wallis等非参数检验方法比较分析各地区FPs的分布情况。采用代谢模型公式,使用自来水样中FPs的总浓度(ΣFPs)的中位数代表一般暴露水平,第95百分位数代表高暴露水平,计算了不同年龄组人群在不同暴露水平下通过饮用水对FPs的每日估计摄入量(EDIwater),对所造成的氟虫腈暴露风险进行评估。随后在2019年7月于武汉市取水源水样(n=10)、饮用水厂出厂水样(n=10)和自来水末梢水样(n=39),检测并计算其在饮用水处理过程中的消除效率,评价现有的饮用水处理工艺对FPs的消除效果。除此之外,于2019年10月(秋季)在武汉市取42个自来水样,检测其FPs浓度,与7月(夏季)所取的39个自来水样中FPs水平比较,分析自来水中FPs的夏秋季节性变化。结果:(1)氟虫腈是自来水样和地下水样中最常见的目标检测物,自来水样(n=789)中检出率为55.3%,而地下水样(n=95)中检出率75.5%。发现地下水样中FPs的总浓度水平[浓度中值0.04ng/L,范围:未检测到(not detected,ND)-3.67ng/L]与自来水中的总浓度水平(浓度中值0.03ng/L,范围:ND-2.00ng/L)近似(P>0.05)。比较各个地区的自来水样中FPs的浓度时发现,华东地区自来水样品中的FPs的总浓度(浓度中值0.03ng/L,第75百分位数:0.31ng/L)明显(P<0.05)高于华北(浓度中值0.02ng/L,第75百分位数:0.04ng/L)和西北地区(浓度中值0.03ng/L,第75百分位数:0.04ng/L)。此外,在城乡分布比较中,农村地区自来水样中的氟虫腈浓度(中位数:0.03ng/L,第75百分位数:0.04ng/L)比省会城市[中位数:<MDL(method detection limit,方法检测限),第75百分位数:0.03ng/L]和中/小城市(中位数:0.03ng/L,第75百分位数:0.03ng/L)的略高(P<0.05)。FPs的城乡分布情况与之相似,但仅在农村地区和省会城市之间存在明显差异(P<0.05)。(2)计算各年龄组中的EDIwater,发现婴儿组每天通过饮水摄入FPs的EDIwater最高(普通暴露水平下为2.70pg·kg-1·d-1,高暴露水平下为82.8pg·kg-1·d-1),远高于成年人的EDIwater(普通暴露水平下为0.60pg·kg-1·d-1,高暴露水平下为18.40pg·kg-1·d-1)。但即使在高暴露情况下,各年龄组的EDIwater也远远低于其参考剂量(reference dose,Rf D,0.2μg·kg-1·d-1)。(3)与水源水样中的FPs水平相比,相应的出厂水中氟虫腈含量降低了87.5-100%,氟虫腈砜降低了94.4-100%,而氟虫腈亚砜、氟甲腈和氟虫腈酰胺均未被检出。可见现有饮用水处理工艺可以消除水源水中绝大部分的FPs。然而,在相应的自来水末梢水样中的FPs检出浓度虽低,但检出率明显高于出厂水样中的FPs检出率,这说明自来水很可能在出厂后发生了轻微的二次污染。(4)武汉市夏季自来水样中的氟虫腈水平(检出率:71.8%,中位数:0.02ng/L,第75百分位数:0.02ng/L)明显高于秋季自来水样中的氟虫腈水平(检出率:9.52%,中位数:<MDL,第75百分位数:<MDL)。ΣFPs情况与之相似,夏季自来水样中ΣFPs水平(中位数:0.02ng/L,第75百分位数:0.04ng/L)明显高于秋季自来水样中ΣFPs水平(中位数:ND,第75百分位数:0.02ng/L)。结论:本研究是第一个关于中国饮用水中氟虫腈及其代谢产物污染状况的研究。研究发现,氟虫腈是自来水样和地下水样中最常见的目标检测物,华东地区饮用水中FPs的污染情况最为严重,需要着重关注。各年龄组中,婴儿组FPs的EDIwater值最高,不过即使在高暴露情况下,各年龄组的EDIwater值也远低于推荐的参考剂量值,人体通过饮水摄入的FPs量仍在相对安全的剂量范围内。现有的饮用水处理技术足以消除水源水中绝大部分的氟虫腈残留,但是末梢水中的FPs检出浓度虽低,但检出率明显高于出厂水中的,这说明自来水很可能在出厂后发生了轻微的二次污染。此外,夏季自来水中FPs水平明显高于秋季,这可能是夏季氟虫腈杀虫剂使用更多所致。
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