《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》:A review on occurrence characteristics and removal technologies of emerging contaminants in source-separated urine
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本综述系统梳理了源分离尿液中新兴污染物(ECs)的研究进展,重点聚焦抗生素、内分泌干扰物(EDCs)、微塑料(MPs)等污染物的赋存特征、环境行为及去除技术(如高级氧化工艺AOPs)。文章通过文献计量学分析揭示了该领域从污染物识别向风险管控与技术优化的演进趋势,并指出当前研究在尿液特异性数据集、标准化监测框架及去除工艺副产物毒性评估等方面存在的关键空白,为推进尿液资源的安全可持续回收提供了重要理论参考。
源分离尿液中新兴污染物的挑战与应对策略
人类尿液富含氮、磷等营养元素,被视为资源回收的理想载体。然而,随着医药和个人护理品的广泛使用,尿液已成为抗生素、内分泌干扰物(EDCs)、微塑料(MPs)等新兴污染物(ECs)的重要汇集途径。与传统污水系统相比,尿液中原位污染物的赋存浓度可高出1-3个数量级,这对尿液的安全回用构成严峻挑战。
常见污染物类型与来源解析
尿液中的ECs主要来自人体代谢排泄,其浓度与人群特征、地域及职业暴露密切相关。抗生素中,β-内酰胺类和氟喹诺酮类浓度最高(可达mg/L级),而磺胺类检出频率突出(8.7%~99.2%)。值得注意的是,兽医抗生素在人体尿液中亦有检出,提示食物链是重要暴露途径。内分泌干扰物如双酚A(BPA)和三氯生(TCS)的尿液浓度呈现明显人群差异,儿童群体通常高于成人,而区域性差异(如北美地区TCS浓度显著高于亚洲)则与消费品使用习惯和监管政策相关。微塑料作为新兴关注点,已在尿液中发现聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等多种聚合物,粒径可小至0.22?μm,但其人体健康效应尚存不确定性。
污染物环境与健康风险
ECs通过尿液进入环境后,可能对水生生态系统(如鱼类雌性化)、土壤微生物功能及作物生长产生负面影响。抗生素残留还会促进环境中抗性基因(ARGs)的传播,增加公共卫生风险。对于人体,EDCs的长期低剂量暴露与代谢紊乱、生殖障碍等疾病关联,而抗生素则可能通过肠道菌群-脑轴影响神经行为功能。这些风险凸显了尿液回用前污染物高效去除的必要性。
去除技术的研究进展
目前尿液ECs的去除技术主要包括物理吸附、化学氧化、生物处理等。改性生物炭、石墨烯等吸附材料对多种抗生素表现出高吸附容量(如四环素可达833.3?μg?g?1),但再生效率低(<30%)制约其应用。电化学和光电解(如Ti/MMO/ZnO体系)能在数小时内降解左氧氟沙星等污染物,但能耗高、副产物毒性未知。生物处理如短程硝化工艺可同步去除磺胺甲噁唑(95%)等抗生素并抑制ARGs扩散,适合高氨氮尿液处理,但对某些化合物(如甲氧苄啶)去除有限。此外,尿液贮存过程中部分抗生素可自然降解,但耗时长且可控性差。
未来展望
推进尿液资源安全回收需优先关注优势污染物(如高检出抗生素、EDCs),建立标准化监测方法,并重点研发低能耗、副产物可控的协同处理工艺。通过跨学科合作破解技术瓶颈,方能使源分离尿液从潜在污染源转化为可持续资源。