環境荷爾蒙-壬基苯酚環境分佈與調查

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  • 時間:2009/11/24 下午 04:24:00
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環境荷爾蒙-壬基苯酚環境分佈與調查

化學物質被人類廣泛的發明、生產與利用,帶來了方便的生活,然而化學產品從生產到使 用甚至到廢棄的過程中都無可避免的會釋放到環境中,容易造成表水、地下水、空氣、土壤 的污染。在過去環境污染物的研究當中,主要是針對物質的毒性如:半數致死劑量(LD50)、半 數致死濃度(LC50)或致癌因子等特性作探討,在國內外報 章雜誌或專業期刊也不難見到各種 污染物所造成的環境傷害的報告,例如:綠牡蠣、鎘米、甚至令人聞之色變的世紀之毒戴 奧辛&hellip等,這些都是常見的環境污染,可由直接觀察的巨觀到藉由檢測的微觀。

  當科學進入分子層面探討時,過去未曾察覺的環境污染因子即被發現了,而且已經悄悄 的影響我們許久,這類因子的影響不似其他的因子來得直接,亦非以直接的毒性對生物造 成影響,而是有著更深遠的效果,具有模仿、加強、干擾、拮抗生物體內賀爾蒙的正常活 動,當這一類的物質進入生物體內,會行成假性賀爾蒙產生類似賀爾蒙的作用或干擾原本的 內分泌機制,被通稱為「外因性內分泌干擾化學物質 (Environmental Endorcine Disrupting)」。 日本為了使大眾更易瞭解,由環境廳在1997年7月的報告中,提出74種疑似能干擾生物體內 分泌之化學物質,並把這類物質通稱為「環境賀爾蒙(Environmental Hormones), 其中「壬基苯酚」(Nonylphenol簡稱NP)即為日本環境廳所公告的一種。

壬基苯酚之特性與來源

  「壬基苯酚」(Nonylphenol),在工業生產中壬基酚主要是在酸催化劑存在下使酚和壬烯 (nonene)行烷化作用(alkylation)而得。純品為無色透明液體,由於壬基端是由22種壬基的同 分異構物所形成不同種類的支鏈,因此「壬基苯酚」本身並非純物質,工業上主要作為界 面活性劑烷基苯酚聚乙氧基醇類(alkylphenol polyethoxylate ,APEO)的疏水基端。

  界面活性劑之所以能展現界面活性,主要是因為具備雙性(amphiphilic)構造,一端為極性 親水端,一為非極性疏水端,多為清潔劑與乳化劑等產品之原料。界面活性劑分為陰離子 型、陽離子型、兩性型與非離子型,其中APEO屬於非離子型界面活性劑,在APEO中親水 端由1-40單位的聚乙氧基醇(Ethoxylate(EO))聚合物所構成, 疏水端則由烷基苯酚(APs)構成, APs中以「壬基苯酚」(nonylphenol)與辛基苯酚(octylphenol)為主,約各佔工業 生產的80與20,以「壬基苯酚」(nonylphenol)所構成的APEO為「壬基苯酚」 聚乙氧基醇類化合物(NPnEOs),工業生產與商業使用中以NP8EO-NP13EO為大宗, 作為清潔劑及乳化劑用於紙漿、編織製品、塗料、黏著物、皮革製品橡膠與塑膠的生產。

  「壬基苯酚」(Nonylphenol)主要用於NPnEOs的生產,並不會直接被排放到環境中,因此環境 中的「壬基苯酚」(Nonylphenol)主要是透過NPnEOs之代謝產物經由微生物的好氧與厭氧分解 所形成(圖一),在分解的過程中「壬基苯酚」聚乙氧基醇類(NPnEOs)的乙基醇基(EO),將因分 解而逐漸縮短,最後行成不具乙基醇基的「壬基苯酚」(Nonylphenol)。由於缺乏聚乙氧基醇 的親水基端,「壬基苯酚」(Nonylphenol)的水溶性極低(Kow=4.5),因此被排放到環境中不易 被微生物分解,在許多國家的河川檢測中都有發現此類物質的存在,「壬基苯酚」本身的毒 性並不高,然而其結構與雌性激素類似,因此在研究與環境觀察中已被證實為環境賀爾 蒙,在歐洲已有14個國家於1992年達成協議全面停止「壬基苯酚」類等界面活性劑的使用。

壬基苯酚聚乙氧基醇類(NPnEO)與壬基苯酚(Nonylphenol)環境分布

NPnEO等物質由於每年全球使用數量龐大,在環境河水、地下水、土壤與廢水處理廠 中都能輕易的檢測到此類物質。

污水處理廠(Sewage Treatment Plants)

  NPnEOs用來作為乳化劑、清潔劑被使用後,在進入環境前會與其他污水進入污 水處理廠(STP)處理。調查中發現NPnEO進入污水處理廠處理前因物、化、生物等因子而有 初步的分解,主要進入污水處理廠NPnEO的E已低於20單位, 1983-1985年Marijan Ahel,Markus Koch等人對NPnEOs在瑞士境內污水處理場含量與環境分 佈做深入調查,發現經一級處理的污水主要含NP4EO-NP14EO,經生物處理後則長 鍊NPnEO(n=3-18)則不再存在,主要殘留NP1EO、NP2EO及其氧化物NP1EC、NP2EC(圖一) ,若再經厭氧消化「壬基苯酚」(Nonylphenol)將會是最終的代謝產物,由於這些物質多為 親油性物質,多半吸附在底泥、污泥濃度高達數十到數千ppm之譜(表一) ,所以NPnEO在污水處理廠中並未能完全分解。具研究顯示有80以上的NPnEO無法在 污水處理廠中完全礦化,而是透過吸附作用於污泥上以得移除,污水處理廠中的NPnEO含 量也隨著季節與一日作息有所關連,一般來說冬天的NP、NP1EO、NP2EO大於夏天的含 量,而一日當中則與清晨與傍晚的累積量最高。

河水(River water)

  由於已經歷經多次處理,廢水中經由污水處理廠排放到河水中的NPnEO以短 鍊(EO < 4 unit)為主(表二),調查顯示河水中主要含有的NPnEO物質分 別為:NP、NP1EO、NP2EO、NP1EC、NP2EC。而比較污水處理廠放流水 與河水的NPnEO含量也發現,NPnEO(n > 3)由佔放流水21轉變為35、NPnEC則 由51提高為85,而NP則 由5降低至2.5,由於河水中微生物好氧分解旺盛, 使得NPnEC大幅提高,以量化計算NP1EC約1.0-45&mugL-1、、NP2EC 2.0-71&mugL-1、 NP1EO 0.3-69&mugL-1、NP2EO 0.3-30&mugL-1、NP則為0.3-45&mugL-1,NP1EO、NP2EO及 NP由於溶水性低(表三),在河川的濃度相較於污泥及河底泥來得少。

圖解圖片
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地下水(Ground Water)

  地下水的NPnEO來源主要由河水滲入土層帶入地下水中,地下 水中的NPnEO含量多寡與 河水相似,依次是NP2EC > NP1EC > NP2EO > NP1EO > NP,在瑞士Glatt流域的檢測報告 中,「壬基苯酚」 類物質會隨著地下水移動,最遠可達距河岸14公尺處,平均 含量NP 4.1-0.3&mugL-1、NP1EO 7.5-0.1&mugL-1、NP2EO 8.2-0.1&mugL-1、NP1EC 14.7-4.5&mugL-1、 NP2EC 24.7-5.1&mugL-1,物質能被帶動的範圍與其水溶 性有極大的正相關性,NP僅能流動 至具河岸2.5公尺、NP2EC則能 至14公尺處,地下水「壬基苯酚」類含量也隨著季節不同有 所變化, 與河水相同冬天的含量大於夏天,從作為飲用水的地下水中也能偵測 到「壬基苯酚」 類物質的存在,NP含量約在0.15-0.96&mugL-1之間(表 四)。

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河底泥(Sediments)

  河水中的「壬基苯酚」類物質隨著物理、生物等作用,使得EO 的減少漸漸失去其界面活性 劑的特性,水溶性大為降低,如:NP、 NP1EO、NP2EO的Kow皆大於4,無法溶於水中 「壬基苯酚」類則 多以吸附的方式存留於河底泥中。國外實驗調查顯示河底泥 的NP、 NP1EO、NP2EO含量是河水的10-1000倍以上(表五),其中以NP的 含量為最多甚至 可高達72ppm,NPnEC由於底泥屬厭氧環境因此鮮 少測得。

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國內現況

  目前我國非離子型界面活性劑年使用量約為46,000 公噸,佔清潔 劑使用量的三分之一。 而日本1997年使用量為48,000 公噸,但日本 人口是台灣的5.5倍,可見台灣居民對於清潔劑 之使用過於泛濫,環 保署環境檢驗所乃於去年選定全省北、中、南及東部的40條河川, 進行全面調查,107個的水樣中檢出54.2 ﹪含「壬基苯酚」,檢測值 介於 ND(<0.47?g/L) 至 50.0 ?g/L 之間,陽性樣品的平均值為 4.87 ?g/L,99點小於無顯著影響濃度 (NOEC)之6.08 ?g/L,相當92.5﹪, 48點小於預估無顯著影響濃度(PNEC) 之0.608 ?g/L,相當44.9 ﹪。 可見台灣河川與其他先進國家相同,亦已有部分河川 受NP之汙染, 在各國紛紛以法令歸範及勸導的方式來禁止「壬基苯酚」使用,環保 署也呼籲國人,清潔劑要適量使用,同時也要選用具有環保標章的產 品。

結語

  雖然「壬基苯酚」對於生物的影響、賀爾蒙特性及其機制,目前 仍有許多不明之處,然 而許多研究顯示,少量的「壬基苯酚」便足以 影響生物生殖與生理等現象,因此在聯合 國環境計畫(UNEP)中, 已將其列入「持久性毒物清單」。相較於國外,國內河 川「壬基苯酚」 含量有偏高的趨勢,面對此種潛在污染的衝擊,值得國人注意。

本文取自 環保屬環境檢驗所

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