扰动水体中悬移质泥沙影响邻苯二甲酸酯环境行为的复合过程

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邻苯二甲酸酯(Phthalate esters,PAEs)是一类工业上广泛使用的有机化合物,具有特殊的理化性质,在我国空气、水体、土壤、沉积物、生物等环境介质均检出不同程度的PAEs。大量研究表明,PAEs作为典型的环境类激素,具有生殖毒性、免疫毒性和致癌毒性。本文于2019年12月调研了三峡库区库尾一级支流——御临河水体中PAEs污染种类和浓度,并探究了水相中PAEs潜在来源;然后以水环境中分布最广泛的邻苯二甲酸二正丁酯(Di-n-butyl phthalate,DBP)为研究对象,研究了悬移质泥沙(Suspended particulate matter,SPM)对DBP的吸附行为,探讨不同粒径SPM的理化性质对DBP吸附特性的影响;随后,解析了扰动水体中SPM对水相中DBP环境行为的影响过程。所获得的主要结论如下:(1)御临河5个监测断面中6种PAEs(DEP、DMP、DBP、BBP、DEHP和Dn OP,US EPA)的总浓度为0.381~0.867μg/L,5个监测断面PAEs平均总浓度依次为:河口(0.771μg/L)>排花(0.638μg/L)>梅溪(0.613μg/L)>东河(0.566μg/L)>舒家(0.421μg/L)。通过对6种优先控制PAEs的解析发现,御临河水体中主要污染物为DBP、DMP和DEHP,但不同断面河段PAEs相对含量有一定差异,其中靠近长江干流的河口和排花监测断面各PAEs相对含量相似,主要污染物依次为DBP>DEHP>DMP;距离长江干流较远、受水库回水影响相对较小的舒家、梅溪和上游来水区的东河3个监测断面,其PAEs相对含量相似,主要PAEs污染物依次为DBP>DMP>DEHP。皮尔逊相关性分析和主成分分析结果表明,DBP和DEHP显著正相关,可能与工农业生产活动及其过程中产生的“三废”有关;DMP和DEP具有中等强度的相关性,可能与当地居民的人为活动有关。(2)各粒级SPM对DBP吸附能力由强到弱依次为:黏土-极细粉砂(细粉砂(8~20μm)>中粉砂(20~32μm)>粗粉砂(32~63μm)>砂(>63μm),其中SPM中总有机碳含量是影响各粒径SPM对DBP分配/吸附的主要影响因素,此外,黏土-极细粉砂粒级SPM中溶解性腐殖质含量和砂质SPM的比表面积、孔容以及有机质腐殖化程度也会影响SPM对DBP的吸附作用。(3)在构建的含御临河原位河水、SPM的实验体系中,水相中的DBP可通过光解、吸附和吸附-生物降解耦合作用等途径进行降解。有色溶解性有机质的间接光解作用能促进DBP的初步光解,其主要机制为光照条件下有色溶解性有机质能被诱导产生·OH,进而攻击DBP支链,并通过脱烷基化和羟基加成等反应形成邻苯二甲酸(DBP-P4)以及其他光解产物,实现水相中DBP的初步降解;SPM及其附着生物膜的吸附-生物降解耦合作用是去除水相中DBP和DOC的主要机制,其中随着SPM及其附着生物膜中多糖及其他有机质的不断增加,使更多水相中的DBP通过表面吸附/分配作用吸着到SPM表面,随后在细菌及其酶的作用下,邻苯二甲酸(DBP-P4)通过脱羧反应生成苯甲酸(DBP-P5),苯甲酸(DBP-P5)通过苯环裂解并进一步反应代谢生成丙酮酸(DBP-P6)和乙醛(预测代谢产物),最后经细菌代谢转化生成CO2和H2O,实现体系中DBP及其降解产物的有效去除。
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