河口水中溶解性有机质和卤素离子对典型有机微污染物光降解的影响

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河口是重要的生态系统,受河流运输、陆源排放和水产养殖等一系列人类生产活动的影响,许多沿海和河口水域都受到有机微污染物的污染。光化学转化是有机微污染物在表层水体中降解的主要途径,且有机微污染物在从下游淡水到下游海水的河口水中的光降解在很大程度上是未知的。本文研究了部分典型有机微污染物(磺胺嘧啶、磺胺间甲氧基嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺二甲基嘧啶、双酚A和卡马西平)在广西大榄江连接茅尾海的河口水中的光解,并重点讨论了溶解性有机质(DOM)和卤素离子对有机微污染物光解的影响,主要的研究内容和重要结论如下:(1)以磺胺嘧啶为模型化合物,研究了磺胺抗生素在河口水中光解动力学变化。结果表明,河口水中溶解性组分能促进磺胺嘧啶在河口水中的光解,且磺胺嘧啶在沿淡水到海水的河口水域中其光降解速率显著增加。对含有DOM的合成水样进行模拟光照实验发现,磺胺嘧啶光解速率的增加归因于DOM和卤素离子的共同作用。自由基淬灭实验表明,卤素自由基(HRS)对磺胺嘧啶光解的增加起主要作用。DOM类似物参与的动力学实验表明,三重激发态DOM(3DOM*)参与了HRS的生成过程,且HRS敏化的光解反应速率与3DOM*的还原电位呈正相关。(2)通过模拟日光实验研究了河口水中双酚A(BPA)和磺胺二甲基嘧啶(SMZ)的光解动力学,及河口水中的重要溶解性组分Cl-、Br-、DOM、NO3-和HCO3-对双酚A和磺胺二甲基嘧啶光解的影响。结果表明,河口水中溶解性组分能显著促进双酚A和磺胺二甲基嘧啶的光解,但双酚A在上游水样中的光解比在下游水样中快,而磺胺二甲基嘧啶在下游水中比上游水中光解快。稳态光解实验表明DOM及其与卤素离子作用显著影响双酚A和磺胺二甲基嘧啶的光解。自由基淬灭实验发现3DOM*和HRS是决定河口水样中双酚A和磺胺二甲基嘧啶光降解的主要活性物种。竞争动力学计算双酚A和磺胺二甲基嘧啶与HRS及3DOM*的二级反应速率常数发现,3DOM*与BPA的反应活性(二级反应速率常数k3DOM*,BPA=4.42×108 mol-1·L·s-1)要高于HRS与双酚A的反应活性(kBPA,Cl·=2.11?108mol-1·L·s-1,kBPA,Cl2·-=8.5?106mol-1·L·s-1)。下游水样中高含量的卤素离子易淬灭3DOM*产生反应活性较低的HRS,致使下游水体中双酚A的光解速率低于上游水体。而磺胺二甲基嘧啶与HRS的反应速率大于其与3DOM*的反应活性(kSMZ,3DOM*=5.19×109 mol-1·L·s-1,kSMZ,Cl·=1.59×1010mol-1·L·s-1,kSMZ,Cl2·-=4.87×1011mol-1·L·s-1),消耗3DOM*生成的HRS能进一步促进其光解,因此磺胺二甲基嘧啶在下游河口水中光解较快。以上发现有助于深入理解有机微污染物在河口水中的光化学转化,并为有机微污染物在河口水中降解模型的建立提供依据和参考。
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