典型PhACs在城市水系統(tǒng)中的遷移分布規(guī)律及其在人工濕地中的去除研究.pdf

1、由于人類對PhACs(pharmaceutically active compounds)的過分使用甚至是濫用,導致這類化合物及其代謝產(chǎn)物被持續(xù)不斷地排入地表水、地下水及土壤等各種環(huán)境介質中,PhACs在環(huán)境中的遷移、轉化、生態(tài)毒理及其控制處理已成為環(huán)境科技界日益關注的熱點問題。而在我國,還鮮有此方面的研究報道。重慶地處長江和嘉陵江匯合處,飲用水源水質的優(yōu)劣涉及到長江中下游上億人民的飲水安全,近年來,重慶經(jīng)濟規(guī)模不斷擴大,人口迅速增長,

2、PhACs消費量巨大,而關于水環(huán)境中PhACs的行為與歸趨的研究還未見報道。本研究采用高效液相色譜串聯(lián)質譜法,系統(tǒng)地研究了典型 PhACs在重慶水環(huán)境中的遷移分布規(guī)律;以CWS工藝作為PhACs進入環(huán)境的屏障技術,研究了目標PhACs在濕地中的行為與去除機理。本研究主要內容包括：
　　①復雜基質中PhACs的檢測分析方法。利用固相萃取技術富集水環(huán)境樣品中的目標PhACs,利用超聲輔助萃取提取、固相萃取凈化污泥介質樣品中的PhACs

3、,通過優(yōu)化各種前處理條件及色譜質譜的儀器條件,建立了基于HPLC-MS/MS的檢測環(huán)境中痕量的21種目標PhACs(包括氟喹諾酮類抗生素、大環(huán)內酯類抗生素、磺胺類抗生素、止痛劑、調血脂藥、降高血壓藥、他汀類藥物與抗癲癇類藥等八大類藥物)殘留的方法平臺,目標PhACs在河水、污水廠的進水、出水樣品及脫水污泥樣品中的回收率分別在66.4~114.9％、62.5~133.2％、64.5％~111.9％和59.5％~139.2％之間,相對標準偏

4、差小于16％;目標 PhACs在河水、污水廠的進水、出水樣品及脫水污泥樣品中的LOQs分別為0.03~3.4 ng/L、0.2~17.5 ng/L,0.2~5.6 ng/L和0.2~5.8μg/kg。
　　②典型PhACs在水環(huán)境中的含量、消除機制及風險評估。對重慶市四家典型污水處理廠(雞冠石污水廠、唐家沱污水廠、李家沱污水廠和井口污水廠)各工藝階段的進水和出水以及各污水廠初沉池和二沉池的污泥進行采樣檢測分析,結果表明,21種目標

5、PhACs均能在污水樣品中檢測出,除吉非羅齊、對乙酰氨基酚(ACM)與布洛芬外其余18種目標PhACs也能在污泥中檢測出。目標 PhACs在污水中的檢測濃度范圍在ng/L~μg/L,在污泥中的檢出濃度在μg/kg(以干重計)水平;ACM具有最高的進水濃度(1.2~7.1μg/L),其次為磺胺甲噁唑(SMZ)、阿奇霉素(AZM)、羅紅霉素(ROX)、氧氟沙星(OFX),AZM在污泥中具有最高的殘留濃度(549.70μg/kg)。除ACM外

6、,其它目標PhACs并不能在污水處理工藝中完全去除?？R西平(CBZ)、美托洛爾(MTP)和降固醇酸(CA)甚至出現(xiàn)了負增長。通過質量平衡計算分析發(fā)現(xiàn),微生物降解作用是目標PhACs在污水處理過程中得以去除的主要機制,大部分目標PhACs通過污泥的吸附去除的量可忽略不計。不過,由于喹諾酮類抗生素及AZM含有帶正電荷的氮原子或含帶正電荷的二甲氨基組,由于靜電引力的作用,污泥吸附也是其從水相中去除的相關途徑之一?；赑hACs在污水處理廠進

7、水中的濃度水平及其在人體內的代謝動力學參數(shù),建立了PhACs的消費量反演模型。通過該模型,能從城市水循環(huán)末端推算有關PhdACs消費量的數(shù)據(jù),可以為藥物監(jiān)管相關部門提供科學的數(shù)據(jù)參考。根據(jù)檢測出的PhACs環(huán)境濃度(MEC)和預測無效應濃度(PNEC)兩個重要數(shù)值獲得風險表征比(MEC/PNEC)的風險評價方法,進行了污水處理廠出水、受納水體及污泥中21種PhACs的環(huán)境風險分析。結果表明磺胺嘧啶(SDZ)、SMZ、OFX與紅霉素(ER

8、Y)四種抗生素在污水處理廠出水及其污泥中綜合評價因子均大于1。在受納水體中所有目標PhACs的RQ值均小于1,但SDZ、OFX、ERY及CA的RQ值大于0.1小于1,可能會對環(huán)境產(chǎn)生中等程度的危害,其余藥物均小于0.1。21種目標PhACs在三種不同的環(huán)境下(污水廠出水、污泥及受納水體)的RQ(sum)均大于1,因此環(huán)境中痕量PhACs的殘留會對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不同程度的危害。重慶地區(qū)飲用水源水中檢測除了痕量濃度(ng/L水平)的PhA

9、Cs,常規(guī)處理工藝并不能完全去除原水中含有的PhACs。大多數(shù)PhACs的去除主要發(fā)生在砂濾階段,對于砂濾池出水中含有的PhACs,加氯消毒階段幾乎無影響。
　?、廴斯竦叵到y(tǒng)(CWS)對PhACs的去除研究。通過對備選填料(陶粒、碎石、石英砂和沸石)物化性質及去污效果的考察,篩選出了理想的濕地填料,在此基礎上以陶粒為主填料建立了潛流CWS,考察了PhACs在CWS的去除效果,從生物學和植物學角度解析PhACs脅迫下,濕地微生物和

10、濕地植物(旱傘草)的響應。結果表明:CWS能有效的去除目標PhACs,PhACs在0~500μg/L的濃度水平下,植物體內SOD、POD和CAT能通過相互協(xié)調作用,有效地消除植物過氧化所產(chǎn)生的活性氧化物,防御細胞膜過氧化;在PhACs脅迫下,旱傘草葉片光合作用受到一定影響,葉片有衰老的跡象,但這種影響會隨CWS運行時間的增長而降低,最終不會對植物的生長狀況產(chǎn)生較大影響。通過對指代微生物種群的PLFAs種類進行鑒別、聚類和主成分分析發(fā)現(xiàn),