畜禽粪便还田过程天然雌激素的流失特征研究

针对畜禽粪便还田后天然雌激素流失的问题,选择雌酮(E1)、17β-雌二醇(E2β)、17α-雌二醇(E2α)和雌三醇(E3)等天然雌激素,采用HPLC-MS/MS系统建立了仪器分析方法和样品前处理方法;并采用模拟还田的方式,研究了其在还田过程中天然雌激素向水相中的流失特征。结果表明,在模拟还田过程中,雌激素标准品和猪粪中的天然雌激素均可以流失到水相中;与猪粪中的天然雌激素相比,雌激素标准品更易向水相中流失,其流失速度和流失量均高于猪粪。研究结果表明,天然雌激素向水体中的流失受到土壤吸附、猪粪中有机质吸附和降解等因素的影响,而且其流失量与还田量不成正比。     

天然与人工合成雌激素及其去除途径

文章介绍了环境雌激素的种类及其危害。主要讨论了天然雌激素(雌酮、17β-雌二醇)与人工合成雌激素(17α-乙炔基雌二醇)的物化性质与结构、危害及其在污水处理中的去除途径。结合近期国内外对环境雌激素的研究,指出污水处理中天然与人工合成雌激素主要通过吸附、生物降解和高级氧化去除。     

混凝工艺对地表水中几种甾体雌激素的去除效果

采用正交实验与单因素分析相结合的方法考察混凝工艺去除地表水中甾体雌激素的可行性。试验结果表明,混凝工艺可有效去除地表水中的甾体雌激素。pH值、混凝剂投加量、水温等条件对天然雌激素17-β雌二醇、雌三醇、雌激素酮和合成雌激素17-α乙炔基雌二醇的去除效果均存在一定影响,弱酸性、低水温条件及适当增加混凝剂投加量均有利于雌激素的去除。当原水中雌激素初始浓度为0.05¹.0 mg/L时,在混凝剂三氯化铁(FeCl3)投加量为20 mg/L左右,转速为500 r/min(2 min)+100 r/min(8 min),雌酮、17-β雌二醇和17-α乙炔基雌二醇的去除率为65%1.0 mg/L时,在混凝剂三氯化铁(FeCl3)投加量为20 mg/L左右,转速为500 r/min(2 min)+100 r/min(8 min),雌酮、17-β雌二醇和17-α乙炔基雌二醇的去除率为65%⁹0%,雌三醇的去除率较低,约15%。     

典型畜禽粪污中雌激素排放特征

为探究畜禽粪污中雌激素的排放水平和分布特征,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱（SPE-HPLC-MS/MS）分析方法,对上海市典型畜禽养殖类型（猪、奶牛、鸡）排放粪污样品中雌激素含量进行测定.结果表明:猪场粪便、沼渣肥、还田土壤、尿液和沼液样品中5种雌激素（E1,雌酮;E2,雌二醇;E3,雌三醇;EE2,炔雌醇;DES,己烯雌酚）总量分别为94.5 ng/g、35.1 ng/g、0.1 ng/g和8 882.2 ng/L、4 388.6 ng/L,其中E1是排泄物中最主要的雌激素;奶牛场粪便、堆肥、还田土壤、尿液、污水进水及出水样品中雌激素总量分别为84.6 ng/g、16.2 ng/g、0.1 ng/g和2 636.7 ng/L、2 605.6 ng/L、615.7 ng/L,其中E1和E2含量最高;鸡场粪便和堆肥样品中雌激素总量分别为60.9和17.5 ng/g.研究显示,猪场、奶牛场和鸡场排泄物中均含有一定数量的天然和人工合成雌激素,雌激素含量水平总体表现为粪便高于有机肥、尿液高于污水;通过畜禽粪污向环境中排放的雌激素总量表现为猪场>奶牛场>鸡场;厌氧发酵对猪场污水中雌激素具有一定的去除效果,而污水厌氧-好氧净化处理和固体粪高温好氧堆肥对奶牛场排泄物中雌激素具有较高的去除效果.      

养殖场沼液中雌激素排放特征及去除效果研究

为探究典型奶牛养殖场沼液中类固醇雌激素的排放特征,采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱（SPE-HPLC-MS/MS）分析方法,对重庆市某奶牛养殖场厌氧池和好氧池出水中类固醇雌激素进行夏、秋、冬3季连续监测.结果表明：类固醇雌激素（含雌酮;17α-雌二醇;17β-雌二醇;雌三醇;硫酸雌酮）在厌氧池和好氧池出水中总浓度分别在347.28~2117.65ng/L和10.75~1070.00ng/L之间,其中厌氧池出水以雌酮（E1）、17α-雌二醇（17α-E2）和17β-雌二醇（17β-E2）为主,好氧池出水以E1和17β-E2为主.研究显示：好氧处理对E1、17β-E2、17α-E2的平均去除率达85.70%、56.82%、57.32%,厌氧处理可有效去除硫酸雌酮（E1-3S）.在微生物作用下,厌氧和好氧处理均存在E1、17α-E2和17β-E2的相互转化,但雌三醇（E3）的低检出率则显示体系中雌激素转化为E3的比例较低.对雌激素活性（EEQ_95th）的评估显示厌氧-好氧处理后雌激素活性平均降低70.34%,但沼液的雌激素生态环境风险仍不可忽视,需持续观察及研究.     

AnSBR法处理生活污水中典型环境雌激素的研究

为评价和考察厌氧序批式反应器(AnSBR)对生活污水中9种典型环境雌激素的去除效果和机制,采用固相萃取(SPE)——LC/MS/MS分析方法,分析所选环境雌激素的浓度和污泥吸附量. 结果表明:大豆苷元,4-t-辛基酚(OP),4-n-壬基酚(NP)和染料木素的检出浓度高于其他5种环境雌激素;厌氧污泥对NP,OP,雌酮(E1),17α-乙炔基雌二醇(EE2)和17β-雌二醇(E2)的吸附作用明显;大豆苷元和染料木素的去除率在60%以上;大豆苷元、染料木素和雌三醇(E3)的主要去除机制为生物降解作用,EE2,OP和NP的去除是生物降解、污泥吸附的共同作用.      

环境内分泌干扰物在人工湿地中的去除研究

考查了水平潜流人工湿地对城市生活污水中的8种内分泌干扰物去除效果。结果表明:在水力负荷为0.17m/d,水力停留时间为4.6 d情况下,水平潜流人工湿地对雌激素酮(E1)、雌激素三醇(E3)、双酚A(BPA)、辛基酚(OP)、17β-雌二醇(E2)、17a-雌二醇(17a-E2)、17α-乙炔基雌二醇(EE2)的平均去除率分别为81.4%、39.3%、73.9%、44.1%、69.7%、82.2%、65.2%。其中,4-正壬基酚(4-n-NP)在湿地出水中未检测到。人工湿地中内分泌干扰物去除效果沿程变化结果表明,湿地前段对内分泌干扰物的去除效果优于后段,说明人工湿地前段微生物的降解更有效。     

雌二醇、壬基酚和三丁基锡对草金鱼血浆卵黄蛋白原含量的联合效应

雌二醇(17β-estradiol,E2)是生物合成的天然雌激素,壬基酚(nonylphenol,NP)和三丁基锡(tributyltin,TBT)则是人工合成的环境拟雌激素和环境抗雌激素,这3种污染物在自然水体中均广泛分布,给多种水生生物的健康造成威胁,然而其共同存在下的联合效应尚不明确.本文以草金鱼(Carassius auratus)为受试生物,以鱼体血浆中卵黄蛋白原浓度为观测指标,研究雌二醇和壬基酚的雌激素活性及三丁基锡的抗雌激素活性.在单独暴露实验的基础上,研究3种污染物两两联合及三者联合条件下对雄性草金鱼卵黄蛋白原的联合诱导效应.结果表明,雌二醇和壬基酚均能显著诱导雄性草金鱼合成卵黄蛋白原,三丁基锡对雄性和雌性草金鱼卵黄蛋白原含量均无显著影响.雌二醇和壬基酚共暴露时,壬基酚能促进雌二醇的雌激素效应;雌二醇与三丁基锡共暴露时,后者可抑制雌二醇的雌激素效应;3种污染物共同暴露时,三丁基锡也表现为抗雌激素效应.但壬基酚与三丁基锡共暴露时,后者未能抑制壬基酚的雌激素效应.上述结果表明天然雌激素、拟雌激素和抗雌激素之间存在复杂的联合效应,拟雌激素和抗雌激素的毒性效应并非简单地相互抵消,因此在生态风险评价时需全面评估不同类型环境雌激素之间的复合效应.     

SEs在城市污泥处理处置过程中的归趋研究进展

近年来,内分泌干扰物因损坏生物的内分泌系统而引起人们的广泛关注。其中甾体雌激素(SEs)由于具有极强的内分泌干扰能力,在极其微量的情况下便可对生态系统及人和动物的健康产生不可预测的危害,而城市污水处理厂排放的剩余污泥是环境中该类化合物的重要来源。文章结合最近国内外的研究成果,指出了研究内分泌干扰物在城市污水处理厂剩余污泥处理过程中归趋的重要性,重点总结了有关雌酮、17β-雌二醇、雌三醇、17α-乙炔雌二醇等甾体雌激素在城市污水处理厂污泥处理过程中归趋的主要研究进展,包括4种甾体雌激素的基本理化性质、城市污泥处理系统各处理单元中雌激素的背景含量、主要污泥处理过程对雌激素的去除效果及其机制等,并展望了今后该方面的研究前景、热点和趋势。     

某市河流中雌激素活性物质浓度及生态风险

采用固相萃取-衍生化-气相色谱质谱方法,研究了江苏省某城市河流中雌激素活性物质的浓度分布特征。研究发现,河水中的雌激素活性物质浓度处于ng/L水平,其中双酚A浓度为100~900 ng/L,雌酮和雌三醇浓度为ND~200 ng/L,辛基酚、17α-雌二醇和17β-雌二醇浓度为ND~20 ng/L。受纳未处理污水的河流中雌激素活性物质浓度高于其他河流的。生态风险评价结果表明,各种雌激素活性物质的生态风险顺序为雌酮>17α-雌二醇≈17β-雌二醇>雌三醇>双酚A、辛基酚和壬基酚。其中,雌酮的风险商约为1~64,约有20%~30%的样品17α-雌二醇和17β-雌二醇的风险商为1~20。因此,该城区河流中应优先控制雌酮、雌二醇等类固醇雌激素。     

猪粪中典型类固醇雌激素的固相萃取/GC-MS检测

以猪粪中常见且具有较大潜在危害的E1(雌酮),17α-E2(17α-雌二醇),17β-E2(17β-雌二醇)和E3(雌三醇)为研究对象,建立了猪粪中这4种典型类固醇雌激素的GC-MS(气相色谱-质谱)分析检测方法.着重优化了样品的前处理方法,包括对超声提取剂、超声提取时间、固相萃取淋洗剂、衍生化温度和时间的优化选择.结果表明:在优化的试验条件下,猪粪中的典型雌激素E1,17α-E2,17β-E2和E3检出限分别为8.0,2.5,5.1和3.3 μg/kg,平均加标回收率在92.3%～137.4%之间.      

辽东湾海水中甾体雌激素的检测及生态风险评价

建立了SPE-丹酰化衍生-UPLC-MS/MS海水中雌激素的高灵敏度分析方法,对辽东湾海水中甾体雌激素的浓度水平及分布进行了调查并对其潜在的生态风险进行了评估.结果表明:辽东湾海水样品中检出雌酮,17β-雌二醇,17α-雌二醇,雌三醇和17α-乙炔基雌二醇的浓度分别为(0.714±0.407),(0.089±0.077),(0.009±0.011),(0.008±0.008),(0.001±0.003)ng/L.雌激素浓度在大辽河入海口区域最高,双台子河入海口次之,大凌河及小凌河入海口区域最低.辽东湾海水中的17β-雌二醇等当量浓度(EEQ-E2β)为0.562±0.327ng/L,导致野生梭鱼雌雄同体发生的概率约为0.83%,不足以解释该海域野生梭鱼雌雄同体的高发生率.为了有效管理该海域的环境安全,有必要对原因物质进行进一步解析.     

Determination of estrogens and estrogenic activities in water from three rivers in Tianjin, China

Studies on estrogenic disrupting compounds(EDCs) occurrence and identification of main responsible compounds in river water discharged into the sea are of significance.In the present research,we screened estrogenic activities of 10 river water samples from 3 main rivers discharged into Bohai Sea in Tianjin using a recombinant two-hybrid yeast assay and chemical analysis by gas chromatography-mass spectrometry.All sample extracts induced significant estrogenic activity,with 17β-estradiol equivalents(EEQ) of raw water ranging from 5.72 to 59.06 ng/L.Six most concerned EDCs in the river water samples including estrone,17β-estradiol,17α-ethinylestradiol,estriol,diethylstilbestrol and estradiol valerate were determined,with their concentrations up to 50.70,31.40,24.40,37.20,2.56,and 8.47 ng/L,respectively.Through causality analysis by comparing the EEQ values of yeast assay and chemical analysis,17α-ethinylestradiol and 17β-estradiol were identified as the main contributors to the estrogenic effects of the river samples,accounting for the whole estrogenic activities(62.99% to 185.66%),and estrogen antagonistic compounds might presented in the heavy polluted water samples.The proposed approach using both chemical analysis and bioassay could be used for identification and evaluation of the estrogenic activity of EDCs in river water.     

Improved method for analyzing the degradation of estrogens in water by solid-phase extraction coupled with ultra performance liquid chromatography-ultraviolet detection

We established an improved method for the determination of four estrogens including estriol (E3), 17 -estradiol (E2), 17 -ethynylestrodiol (EE2) and estrone (E1) in water. The method consisted of solid-phase extraction (0.5 L water) and subsequent analysis of analytes by ultra-performance liquid chromatography (UPLC) with an ultraviolet detector (UVD). Base-line separation was achieved for all studied estrogens using a column (50 mm 2.1 mm) packed with 1.7 m particle size stationary phase. Recovery was higher than 88% and detection limits ranged between 12.5–23.7 ng/L for the four estrogens, with the RSD ranging from 7% to 11%. The method was successfully applied to determine E2 and EE2 in simulated natural water, which found that about 70% of E2 was degraded (with a half-life of about 30 hr) within 48 hr and about 55% of EE2 was degraded (with a half-life of about 36 hr). Low levels of E1 were found, however E3 was undetectable during the process.     

17α-乙炔基雌二醇的降解及其共基质代谢特性

以一株降解甾体雌激素17α-乙炔基雌二醇(EE2)的鞘氨醇杆菌(Sphingobacterium sp.)JCR5为材料,研究了JCR5降解EE2的适宜接种量、底物利用情况和添加营养物对降解能力的影响.结果表明,在接种量为7%(体积分数)(OD600≈1)时,EE2的降解率最高;JCR5能够利用甾体雌激素(甾酮、17β-雌二醇、雌三醇以及炔雌醇甲醚),避孕药生产中间体以及一些芳烃化合物为唯一碳源生长;添加少量葡萄糖、蛋白胨和酵母粉,均能促进JCR5对EE2的降解.葡萄糖、17β-雌二醇(E2)分别与EE2的共基质代谢试验表明,在共基质条件下,葡萄糖的存在对EE2的降解起到一定的促进作用,而E2的存在对EE2的降解具有一定的抑制作用.利用HPLC检测EE2降解过程发现,在EE2降解的同时伴有未知的EE2代谢产物峰出现.      

Assessment of estrogen disrupting potency in animal foodstuffs of China by combined biological and chemical analyses

Food has been documented as one of major routes for human exposure to environmental estrogens（EEs）, but information on the occurrence of EEs in animal foodstuffs is still scarce.This study analyzed estrogenic activity in 16 types of animal foodstuffs（n = 142） collected from four cities（Wuhan, Guangzhou, Wenzhou and Yantai） of China by combined yeast estrogen screen（YES） bioassay and chemical analysis. By bioassay, all samples＇ extracts were found to induce estrogenic activities and the bioassay-derived 17β-estradiol equivalent（EEQbio） ranged from 8.29 to 118.32 ng/g. In addition, the samples were analyzed by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry for further chemical analysis. 17β-Estradiol was found in all samples in this survey at levels of 0.44 to 15.04 ng/g.All samples had 33.1% detection rate of 17α-ethinylestradiol（EE2）, and the maximum concentration was 2.80 ng/g. Bisphenol A and 4-nonylphenols were detected in 83.8% and83.1% of samples, with concentrations up to 12.56 ng/g and 35.76 ng/g, respectively.However, the concentrations of estrone, diethylstilbestrol and 4-t-octylphenol were found to be below the limit of detection. A comparison of EEQbiomeasured from the YES assay and EEQchemcalculated from chemical analysis showed good correlation（R2= 0.84）. Based on the results, the YES assay can be used as a rapid pre-screening method for monitoring the levels of estrogenic activity in large numbers of animal foodstuffs, and chemical analysis used in combination can be used for the identification of specific EEs.     

珠江河流胶体中的典型内分泌干扰物

采用切向流超滤、固相萃取、气相色谱-质谱联用等分离和分析方法,研究了珠江2条河流中典型内分泌干扰物(EDCs)在胶体相中的含量分布、胶体/水相间的分配作用.结果发现:胶体中4-壬基酚(NP)、双酚A(BPA)、雌酮(E1) 的含量范围分别为23.2~108ng/L、2.3~97.6ng/L、n.d.(未检出)~0.32ng/L,平均值分别为70,31.4,0.3ng/L;17β-雌二醇(E2)、己烯雌酚(DES)、17α-乙炔雌二醇(EE2)、雌三醇(E3)则未在胶体样品中检出.除石龙外,其余各采样点表、底水层间的胶体EDCs浓度水平无显著差异.NP和BPA含量与胶体有机碳(COC)含量、紫外吸收强度(UV254)均呈正相关,说明COC是控制酚类雌激素在胶体相中分布的一个重要因素,NP、BPA和COC之间的相互作用与胶体有机碳的芳香性有关.计算发现,珠江河水中约21%~67% 的 NP、4%~74% 的BPA、24%~26% 的E1存在于胶体相,NP和BPA在胶体/水相间的有机碳归一化分配系数(Kcoc)分别为10 (5.69±0.50)、10 (5.51±0.77),高出各自的悬浮颗粒物/水分配系数(Koc)1个数量级,表明胶体的强吸附能力对EDCs在水环境介质间分配、迁移、转化发挥了重要作用.