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(lèi)對(duì)PhACs(pharmaceutically active compounds)的過(guò)分使用甚至是濫用,導(dǎo)致這類(lèi)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(zhì)中,PhACs在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化、生態(tài)毒理及其控制處理已成為環(huán)境科技界日益關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。而在我國(guó),還鮮有此方面的研究報(bào)道。重慶地處長(zhǎng)江和嘉陵江匯合處,飲用水源水質(zhì)的優(yōu)劣涉及到長(zhǎng)江中下游上億人民的飲水安全,近年來(lái),重慶經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷擴(kuò)大,人口迅速增長(zhǎng),

2、PhACs消費(fèi)量巨大,而關(guān)于水環(huán)境中PhACs的行為與歸趨的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本研究采用高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)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(jìn)入環(huán)境的屏障技術(shù),研究了目標(biāo)PhACs在濕地中的行為與去除機(jī)理。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、?gòu)?fù)雜基質(zhì)中PhACs的檢測(cè)分析方法。利用固相萃取技術(shù)富集水環(huán)境樣品中的目標(biāo)PhACs,利用超聲輔助萃取提取、固相萃取凈化污泥介質(zhì)樣品中的PhACs

3、,通過(guò)優(yōu)化各種前處理?xiàng)l件及色譜質(zhì)譜的儀器條件,建立了基于HPLC-MS/MS的檢測(cè)環(huán)境中痕量的21種目標(biāo)PhACs(包括氟喹諾酮類(lèi)抗生素、大環(huán)內(nèi)酯類(lèi)抗生素、磺胺類(lèi)抗生素、止痛劑、調(diào)血脂藥、降高血壓藥、他汀類(lèi)藥物與抗癲癇類(lèi)藥等八大類(lèi)藥物)殘留的方法平臺(tái),目標(biāo)PhACs在河水、污水廠的進(jìn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏

4、差小于16％;目標(biāo) PhACs在河水、污水廠的進(jìn)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。
　?、诘湫蚉hACs在水環(huán)境中的含量、消除機(jī)制及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。對(duì)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(jìn)水和出水以及各污水廠初沉池和二沉池的污泥進(jìn)行采樣檢測(cè)分析,結(jié)果表明,21種目標(biāo)

5、PhACs均能在污水樣品中檢測(cè)出,除吉非羅齊、對(duì)乙酰氨基酚(ACM)與布洛芬外其余18種目標(biāo)PhACs也能在污泥中檢測(cè)出。目標(biāo) PhACs在污水中的檢測(cè)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(jì))水平;ACM具有最高的進(jìn)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(biāo)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(fù)增長(zhǎng)。通過(guò)質(zhì)量平衡計(jì)算分析發(fā)現(xiàn),微生物降解作用是目標(biāo)PhACs在污水處理過(guò)程中得以去除的主要機(jī)制,大部分目標(biāo)PhACs通過(guò)污泥的吸附去除的量可忽略不計(jì)。不過(guò),由于喹諾酮類(lèi)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(guān)途徑之一?；赑hACs在污水處理廠進(jìn)

7、水中的濃度水平及其在人體內(nèi)的代謝動(dòng)力學(xué)參數(shù),建立了PhACs的消費(fèi)量反演模型。通過(guò)該模型,能從城市水循環(huán)末端推算有關(guān)PhdACs消費(fèi)量的數(shù)據(jù),可以為藥物監(jiān)管相關(guān)部門(mén)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)參考。根據(jù)檢測(cè)出的PhACs環(huán)境濃度(MEC)和預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度(PNEC)兩個(gè)重要數(shù)值獲得風(fēng)險(xiǎn)表征比(MEC/PNEC)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法,進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)分析。結(jié)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(píng)價(jià)因子均大于1。在受納水體中所有目標(biāo)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(huì)對(duì)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(biāo)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(huì)對(duì)周?chē)鷳B(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(cè)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(duì)于砂濾池出水中含有的PhACs,加氯消毒階段幾乎無(wú)影響。
　　③人工濕地系統(tǒng)(CWS)對(duì)PhACs的去除研究。通過(guò)對(duì)備選填料(陶粒、碎石、石英砂和沸石)物化性質(zhì)及去污效果的考察,篩選出了理想的濕地填料,在此基礎(chǔ)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(xué)和植物學(xué)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(yīng)。結(jié)果表明:CWS能有效的去除目標(biāo)PhACs,PhACs在0~500μg/L的濃度水平下,植物體內(nèi)SOD、POD和CAT能通過(guò)相互協(xié)調(diào)作用,有效地消除植物過(guò)氧化所產(chǎn)生的活性氧化物,防御細(xì)胞膜過(guò)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(huì)隨CWS運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)而降低,最終不會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況產(chǎn)生較大影響。通過(guò)對(duì)指代微生物種群的PLFAs種類(lèi)進(jìn)行鑒別、聚類(lèi)和主成分分析發(fā)現(xiàn),