挪威沼气消化物中新关注污染物的疑似与非靶向筛查：来源差异与风险评估

　　本研究针对有机废弃物循环利用过程中的污染物残留问题，采用高分辨率质谱非靶向筛查技术，系统分析了挪威食品废弃物与污水污泥沼气消化物中新关注污染物（CECs）及其转化产物（TPs）。研究共鉴定133种CECs，包括61种药品与个人护理品（PPCPs）、8种农药及64种工业化学品，其中44种经标准品确认。结果显示污水污泥源消化物富含工业化学品与PPCPs，而食品废弃物源消化物农药残留更高。研究成果为沼气残渣农业安全利用提供了关键数据支撑，对推动循环生物经济发展具有重要意义。

　　

随着欧盟循环经济行动计划的推进，有机废弃物资源化利用成为实现可持续发展的重要途径。食品废弃物和污水污泥通过厌氧消化产生沼气后，剩余的消化物常作为肥料或土壤改良剂回归农田。然而，这些生物废料中潜藏着众多化学污染物，它们随着养分一起进入环境，可能对生态系统和食品安全构成威胁。传统靶向检测方法仅能覆盖有限数量的已知污染物，大量新兴污染物及其转化产物仍未被识别，这成为循环经济模式下的隐形风险。

为全面评估挪威沼气消化物中的污染物谱系，挪威海洋研究所的研究团队在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》发表最新研究，采用液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）技术，对9个挪威沼气厂的固体消化物样本进行疑似与非靶向筛查（NTS）。研究通过优化Compound Discoverer数据处理流程，结合保留时间预测模型和 Kendrick 质量缺陷筛选，对污染物进行分级鉴定（Level 1-3），并利用机器学习方法进行半定量分析。通过主成分分析（PCA）和火山图统计方法对比不同来源消化物的污染物分布特征，同时采用Meteor Nexus软件预测15种重点污染物的生物转化路径。

3.1 药品与个人护理品（PPCPs）

研究鉴定出61种PPCPs，其中22种通过标准品确认（Level 1）。污水污泥源消化物中PPCPs含量显著更高，主要包含紫外线吸收剂（如辛基丙烯酸酯达17.7 mg kg^?1 DM）、抗菌剂（三氯卡班335 μg kg^?1 DM）及常见药物（洛沙坦436 μg kg^?1 DM）。这些污染物主要源于生活污水排放和个人护理品残留，其疏水性特性（LogP>4）导致易吸附于有机质。

3.2 农药

在食品废弃物源消化物中发现8种农药残留，包括抑霉唑（480 μg kg^?1 DM）、噻苯哒唑（102 μg kg^?1 DM）及拟除虫菊酯代谢产物3-苯氧基苯甲酸（3-PBA）。这些农药主要来源于农产品种植过程中的防腐剂和杀虫剂使用，其残留水平反映食品废弃物源头污染特征。

3.3 工业化学品

64种工业化学品中被鉴定，其中22种经标准品确认。邻苯二甲酸酯（PAEs）、双酚A（BPA）及其替代物双酚S（BPS）广泛存在，最高浓度分别达49.8 mg kg^?1 DM（偶氮苯）和693 μg kg^?1 DM（BPS）。此外检测到有机磷阻燃剂（TCPP达2.17 mg kg^?1 DM）和全氟化合物（PFOS达9.42 μg kg^?1 DM），其中长链PFAS在污水污泥中富集显著。

3.4 FW与SS源消化物CECs谱系对比

PCA分析表明食品废弃物（FW）与污水污泥（SS）源消化物污染物谱存在明显分离（方差解释率46%）。FW样本以农药、食品包装添加剂（如PFHxA、BPA）为主，SS样本则富含PPCPs和工业化学品（如10:2 FTS、聚乙二醇PEGs）。火山图分析揭示72种化合物存在显著差异（p<0.05，|log2FC|>1），其中32种在FW中富集，40种在SS中富集。热水解预处理（THP）工艺影响污染物转化，使部分样本在PCA中呈现特殊分布。

3.5 选定有机污染物的转化产物

对15种母体化合物的转化预测发现5种代谢产物，包括苯胺乙酰化产物N-乙酰苯胺（benzidine转化产物）和美托洛尔的三类裂解产物（如2-(4-(2-甲氧基乙基)苯氧基)乙醇）。这些转化产物可能具有比母体更高的毒性，但现有数据库覆盖率仅0.002%，凸显非靶向筛查中转化产物识别的必要性。

本研究首次系统揭示挪威沼气消化物中存在复杂的新关注污染物混合物，包括133种CECs和5种转化产物。污水污泥源消化物富含PPCPs和工业化学品，而食品废弃物源消化物以农药和包装添加剂为主。研究证实厌氧消化不能完全降解这些污染物，其通过消化物农用进入土壤-作物系统的风险需要高度关注。成果强调必须建立针对沼气残渣的污染物监测体系，开发高效处理技术，并为欧盟2024年实施的新废水指令提供数据支持。未来需扩大样本量、涵盖液体消化物及GC（气相色谱）可检测物质，并加强转化产物的毒理学评估。