典型城市污泥中三氯生及其转化产物的初步研究

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三氯生(TCS)具有良好的杀菌、抗菌性以及热稳定性,广泛应用于牙膏、香皂、洗涤用品、化妆品、空气清新剂等个人日常护理用品,也用于医疗器械、纺织品以及塑料制品的杀菌消毒处理。研究显示,TCS普遍存在于城市污水、污泥、河流、湖泊、沉积物等环境介质以及生物体与人体中,是全球性的新兴有机污染物。生态毒理研究表示,TCS具有显著的毒理效应,具有生殖发育毒性、内分泌干扰性及致癌风险,其在环境中的迁移转化是生态风险评估的关键科学问题。已有的研究证实,含有酚羟基官能团的污染物除污染物母体结构发生降解转化外,还可能与环境介质中的有机质通过微生物的作用发生化学反应,继而以“结合态”形式存在于环境介质中,这种行为将影响污染物在环境介质中的迁移转化以及归趋。由于TCS含有酚羟基官能团,其在环境介质中有可能以结合态存在,然而目前此方面尚未见正式的文献报道。本文建立了TCS结合态的分析方法,在此基础上通过对珠江三角洲地区典型城市污泥中TCS及其转化产物的研究,探究污泥中TCS及其转化产物的含量分布及污染特征;并利用活性污泥开展TCS好氧体系的转化研究,初步揭示TCS的转化机理。主要的研究进展如下:  (1)珠三角地区典型城市污泥中普遍检出TCS及其转化产物,转化产物包括脱氯三氯生(DCS)、氯代三氯生(CTDs)、甲氧基三氯生(MTCS)、氯代甲氧基三氯生(MCTDs)和溴代甲氧基三氯生(MBTDs),其浓度分别为41.1-27978.1ng/g、0.27-61.2 ng/g、nd-105.7 ng/g、3.7-420.1 ng/g、0.04-16.2 ng/g和0.01-16.8ng/g;其中,CTDs和MTCS是污泥中TCS的主要转化产物。与国内外污泥样品研究对比,本研究中TCS处于中等水平。不同污泥样品中TCS及其转化产物的组成特征具有显著的差异,可能与污水来源、污水处理量、服务人口、处理工艺等因素相关;其中,污水来源不仅影响TCS的浓度水平,也会由于其水体中生态毒性的差异,影响微生物的活性,干扰TCS的降解转化。  (2)典型污泥中TCS结合态的研究显示,污泥中可检出化学结合态的TCS、DCS、CTDs和物理包裹态的MTCS、MCTDs和MBTDs,其含量分别为nd-136.8ng/g和0.13-28.5 ng/g,占自由态TCS含量的比值分别为0-13.5%和0.03-3.2%。结合态的形成既与TCS及其转化产物结构相关,也与有机质构型相关。其中, MTCS、MCTDs和MBTDs主要通过物理吸附过程“包裹”于污泥中,由于高温实验过程导致污泥中矿物质及有机质的结构发生变化,从而解吸附释放出来;而TCS、DCS和CTDs则可能是与有机质发生化学反应,形成酯键或醚键。TCS不同环境行为的相关性分析表明,TCS微生物转化生成MTCS以及形成结合态两种环境行为存在竞争关系,生活污水源污泥中MTCS较多,结合态-TCS较少;混合污水源污泥则相反。  (3)好氧活性污泥模拟反应研究显示,TCS随反应时间的增加逐渐降低,其降解符合指数型反应动力学规律;而MTCS呈前期(0-4 d)增长后期(4-15d)降低趋势,则可能是MTCS在生成后进一步发生了降解转化。TCS的降解速率与初始浓度呈反相关,较高浓度的TCS可能会抑制微生物活性,致使半衰期显著增大。  (4)腐殖酸(HA)可显著影响TCS的好氧降解转化,HA的加入可在反应前期(0-7d)抑制TCS的降解以及MTCS的生成,而反应后期(7-15 d)降解速率显著增大。与此同时,HA的加入可促使结合态-TCS的增加,减少MTCS的生成,表明HA促进TCS结合态形成的同时抑制了其生物降解。
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