典型抗生素在污水塘土壤中的吸附、迁移特性

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抗生素作为一种新兴污染物,存在潜在环境风险。对典型抗生素的吸附迁移特性进行研究,可为土壤和地下水有机污染的控制与修复提供理论基础。本文选取四大类典型兽药抗生素中的磺胺甲噁唑(SMX)、罗红霉素(RTM)、依诺沙星(ENO)、金霉素(CTC)为目标污染物,以环鄱阳湖区宜丰县一生猪养殖场粪便尿液排放的污水塘土壤为研究对象,采用静态实验辅以表征手段研究目标污染物在供试土壤中的吸附解吸特性,通过土柱实验探究迁移规律,利用Hydrus-1D模拟软件对罗红霉素在土壤中的迁移进行拟合。研究结果如下:(1)供试土壤为酸性砂土,呈松散的颗粒性,p H在4.65~4.77之间,有机质含量在10.32~17.71 g·kg-1。(2)吸附解吸动力学显示,目标污染物均在6 h内达到吸附解吸平衡。在初始浓度相同的条件下,RTM的吸附解吸量均大于SMX;CTC的吸附量大于ENO,解吸量却比之小。(3)吸附解吸等温线显示,SMX以稳定的形态被吸附且不易被解吸。供试土壤与RTM存在离子交换或强静电作用等强分子间作用,RTM的吸附解吸过程以化学吸附为主。ENO与供试土壤之间存在强吸附作用。CTC的解吸量随液相平衡浓度的增加而增加,且解吸率较低。(4)吸附影响因素:Ca2+强度的增加有利目标污染物的吸附,不利于解吸。金属离子对SMX吸附存在明显促进作用,对其解吸存在轻微抑制作用;SMX吸附量随着p H的增加而减小,解吸量随着p H的增加而增加。金属离子对RTM吸附存在明显抑制作用,对其解吸存在轻微促进作用;RTM受p H的影响与SMX一致。金属离子抑制ENO吸附,促进其解吸;ENO吸附量随着p H的增加而减小,解吸量随着p H的增加而增加。金属离子及p H对CTC吸附解吸影响均不大。(5)表征结果显示:吸附SMX后的土壤表面无明显变化。吸附RTM、ENO及CTC后的土壤表面存在细小碎屑。在吸附过程中,SMX会发生π-π相互作用,RTM发生络合作用,ENO分子内氢键作用较强,CTC主要是表面络合和阳离子桥联作用。(6)典型抗生素迁移实验:SMX、ENO和CTC的迁移实验均历经4440 h,RTM历经1752 h。SMX出水口的回收率分别为:24.05%~95.90%、25.05%~68.60%及23.15%~88.65%,呈逐渐上升并不断波动的趋势;RTM穿透平衡浓度在22~25mg·L-1;ENO在3500 h后最接近进水口的K3才监测到明显的ENO曲线;CTC在4000 h后距离进水口最近的出水口K3监测到的CTC浓度不断波动,最高为7.68mg·L-1。迁移补充实验:SMX历时24 h穿透土柱,呈逐渐上升并稳定的趋势,无波动现象;ENO和CTC的补充实验均历时332 h,ENO呈波动上升趋势,CTC呈缓慢上升趋势且无明显波动现象。(7)Hydrus-1D模拟软件对实验土柱监测到RTM的浓度变化情况进行拟合,相关系数R~2=0.7798。研究结果表明:表层土壤会对抗生素的运移起到一定的阻滞作用。SMX与RTM在表层土壤中不易被吸附并顺利在土层中迁移,对表层土壤造成污染后有可能进入地下水系统中。ENO与CTC易被土壤吸附以致在土样中的迁移缓慢。长期储存在土壤中的ENO与CTC在自然条件下可能会对地下水造成二次污染。
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