基于排放源特征指数的城市地表水中药物和个人护理品溯源新方法的建立与应用

Occurrence of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) in the natural water environment has become one of the hotspots concerning their potential risks to the ecosystem and human health. The unclear emission sources of PPCPs, making it difficult to reduce the release of PPCPs from the source, is the main cause of the persistency of PPCPs in the urban water environment. In the present study, using high resolution time-of-flight mass spectrometry, the indicator PPCPs of different emission sources will be proposed. According to the patterns of indicator PPCPs, a characteristic index, representing the potential for the corresponding emission sources, will be established for the source apportionment of PPCPs in the urban water environment. A molecular genotyping analysis of the host specific parasites of Cryptosporidium and Eimeria in the surface water will be used to verify the developed method. Finally, the method will be applied to the Huangpu River to identify the emission sources at different sections and to elucidate the influence of weather condition on the emission sources. The results of this study will provide necessary information on the source apportionment of PPCPs in the urban surface water environment, and helpful for the reduction of PPCPs concentrations and potential risks in the surface water environment.

天然水环境中药物和个人护理品（PPCPs）的存在因可能构成对生态环境和人体健康的风险而成为近年来关注的热点问题。而PPCPs污染来源的不明确，导致无法从源头控制PPCPs的排放，是PPCPs长期、持续地存在于城市地表水环境的重要原因。因此，本课题将基于高分辨飞行时间质谱的分析方法，识别不同PPCPs排放源的指示性PPCPs，并利用指示性PPCPs的存在特点建立不同排放源的特征指数，形成城市地表水中PPCPs的溯源新方法；同时，通过对地表水中具有宿主特异性的隐孢子虫和艾美尔球虫的虫种分析，验证所建立溯源方法的可靠性。在此基础上，应用该方法，解析黄浦江流域不同河段的PPCPs污染来源，并揭示气候条件对PPCPs污染来源的影响。研究结果将为识别城市地表水环境中PPCPs的排放源提供理论依据，对减少PPCPs向城市地表水环境的排放及可能引发的风险具有重要的意义。

药物和个人护理品（PPCPs）以不同排放途径进入天然水环境，对水生态健康和饮用水安全产生威胁，成为备受关注的环境问题。准确识别PPCPs主要排放源，是有的放矢地开展区域内PPCPs风险防控的重要途径。鉴于此，项目构建了基于指示性PPCPs（i-PPCPs）特征矩阵的地表水中PPCPs溯源新方法；利用对具有宿主特异性的两虫虫种分析验证和细化了溯源新方法；并应用溯源新方法，解析黄浦江流域地表水中PPCPs的污染来源。取得重要研究结果如下：.（1）基于对特征排放源PPCPs存在特征的长期跟踪监测，识别和筛选出不同特征污染源的i-PPCPs：咖啡因、卡马西平和磺胺嘧啶分别指征城镇生活污水、城镇污水处理厂出水和养殖废水三类污染排放源，为溯源模型的构建奠定基础；.（2）构建了基于i-PPCPs特征矩阵的溯源方法，突破了现有方法的局限，可实现对多源排放贡献的定量估算；.（3）利用排放源样品验证了所构建溯源方法的准确性，验证结果与实际样本类型的吻合度可达54-85%，同时也说明溯源方法仍存在进一步优化的空间；根据隐孢子虫和艾美尔球虫的宿主特异性，对养殖废水样品进行两虫虫种分析，通过基因序列确定其虫种种类与丰度，指示可能的污染来源，与所建立地表水环境中PPCPs 溯源方法的结果进行交叉比对，验证了溯源方法的可靠性，并进一步提高了溯源分辨率。.（4）应用溯源新方法，定量解析了黄浦江流域不同河段地表水中PPCPs 的污染来源：上游区域，养殖废水的贡献最大，占比达53%-72%；中游区域受生活污水的直接排放和养殖废水的影响显著，分别占47%-55%和42%-45%；下游河段主要的贡献源是污水处理厂出水，其贡献概率为48%-63%。.项目取得了丰硕的成果：发表期刊论文20篇，其中SCI论文15篇，1篇论文入选ESI高被引论文，申请发明专利5件，培养研究生4名，获2019年教育部自然科学奖一等奖、中国化学会首届青年环境化学奖（全国共10名），为我国水环境中PPCPs的风险防控提供了科学的支撑。