抗组胺药物在污水处理系统中的稳定性及其氧化降解

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过敏性疾病是一种常见的多发性疾病,关于其发病率的调查结果显示在33个国家中的13.9亿人中,患病率高达22%,过敏性疾病已经成为了二十一世纪长期困扰大众健康的公共卫生挑战之一。抗组胺药物具有对治疗过敏性疾病的良好适用性,因此它们被广泛用于过敏性疾病的治疗当中。通过对污水处理厂进水中药物的浓度进行检测,从而反算药物消耗量的污水流行病学方法,可以很好地估算某一地区中目标药物的人均消耗水平,而药物在管道中的稳定性是决定是否准确应用污水流行病学与否的重要条件之一。因此,本研究以3种抗组胺药物:氯雷他定(LOR)、西替利嗪(CER)以及非索非那定(FEX)为研究对象,探讨其在污水和管道中的衰减情况,并分析了药物对管道生物膜中微生物群落的结构影响。此外,为了减轻药物进入到自然环境后可能产生的潜在危害,我们对这3种药物在不同的氧化方式下(NaClO氧化、UV照射以及UV-NaClO氧化)的去除进行了研究。研究内容及结果如下:(1)研究了目标药物在污水和管道中的稳定性。无论是在污水还是在管道中,LOR和DLOR(地氯雷他定,LOR的代谢产物)的去除效率均要大于CER和FEX的去除效率。随着温度的提高,药物在污水中的总损失率有着不同程度的提升:在35℃下,LOR和DLOR的损失率最高,总损失>70%;而CER和FEX在所研究的4种温度下均较为稳定,总损失率<20%。有生物膜附着的管道促进了药物的降解,且在好氧管道中,药物具有更高的衰减率。目标药物在管道中的衰减率范围为20%-60%,属于中稳定性物质,可在适当情况下作为污水流行病学中使用的生物标记物。(2)探究管壁生物膜在生长以及暴露在药物环境过程中生物群落的变化。生物膜生长过程中主要以Proteobacteria、Bacteroidota和Firmicutes为主,且在厌氧管道中发现了Spirochaetota的存在。药物暴露后,厌氧和好氧管道均以Proteobacteria和Spirochaetota为主要优势菌门,两者的相对丰度之和大于80%。厌氧生物膜的物种丰度呈现先降低后平稳波动的趋势,物种多样性先降低后升高;好氧生物膜中的物种丰度和多样性大致呈降低趋势。(3)在3种氧化体系中,药物在UV-NaClO氧化和UV光照体系中的去除效率要远大于在NaClO氧化体系中的去除效率,在UV-NaClO氧化体系中,FEX和CER甚至几乎完全降解。且p H对药物在不同体系中的降解产生了不同的影响。在光解过程中,活性物种~1O2对药物的降解起到了重要的作用,对于FEX和CER,~1O2的贡献率可以达到70%。水溶液基质可以对药物的降解起到抑制或者促进的作用,且研究结果表明水基质对UV体系的影响大于对NaClO体系的影响。(4)通过紫外扫描实验,发现目标药物在化学氧化过程中并不能完全矿化,而是从单一的母体药物形式转化成了其他中间产物的形式。采用UPLC/Q-TOF对目标药物在NaClO氧化过程中所产生的中间产物进行了鉴定,推断了可能发生的降解路径。此外通过对比CER在NaClO和UV光照两种氧化方式下的氧化,发现产生了3组相同的中间产物,但是降解途径却不相同。此外,通过发光菌的急性毒性实验证实了药物在降解过程中所产生的中间产物的毒性高于母体药物的毒性。
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