典型杀生剂在受纳水环境与受纳土壤环境中的污染特征、环境行为及其生态风险研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangqing1226
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近几年来,环境中残留的杀生剂作为新型污染物开始受到人们广泛关注。杀生剂能干扰环境生物的内分泌系统,从而影响其生存。杀生剂作为抑菌活性成分广泛应用于药物与个人护理品中,由于污水处理厂的不完全去除以及污水的直接排放,大量杀生剂持续进入环境中。所以,有必要建立同时检测各种环境介质如地表水、污水、沉积物、污泥和土壤样品中各种杀生剂的分析方法。河流水环境和污泥农用土壤是杀生剂经过污水排放和污泥回用的主要受纳环境,因此,非常有必要研究受纳水环境和污泥农用土壤中杀生剂的污染特征、环境行为及其生态风险。  本文建立了一套灵敏可靠的基于固相萃取和超声提取的样品前处理,以及基于超高效液相色谱串联双质谱的仪器检测方法,适用于同时提取和检测各种环境介质中19种杀生剂。目标杀生剂在地表水、污水处理厂污水、沉积物、污泥和土壤样品中的方法回收率大部分在70-120%之间,而方法检出限分别为0.01-0.31ng/L、0.07-7.48 ng/L、0.01-3.90 ng/L、0.01-1.14 ng/g、0.01-6.37 ng/g和0.01-0.73ng/g。甘宝素、多菌灵、克霉唑、尼泊金甲酯、咪康唑、三氯生和三氯卡班在地表水、沉积物和污泥农用土壤中的浓度达到ng/L(或ng/g)水平。在污水处理厂的进水样品中检出15种杀生剂,浓度范围在0.4 ng/L(噻苯咪唑)到372 ng/L(尼泊金甲酯)之间。在污水处理厂的出水样品中检出15种杀生剂,浓度范围在0.4ng/L(噻苯咪唑)到114 ng/L(多菌灵)之间。在污水处理厂的脱水污泥样品中检出10种杀生剂,浓度范围在1.1 ng/L(避蚊胺)到887 ng/L(三氯卡班)之间。  本文研究了家用杀生剂在中国南部高度城市化地区水环境中的分布特征与生态风险,评价了三氯生作为这类家用杀生剂的化学指示物的可能性,并在三氯生的使用量数据和三级逸度模型的基础上,提出了新模型来预测水环境中这类家用杀生剂的含量与归趋。在本研究区域的4条河流中检出11种杀生剂,在地表水和沉积物的最高浓度分别达到264±15.3 ng/L(甘宝素)和5649±748 ng/g(三氯卡班)。杀生剂在水环境中的分布与总氮、总磷和人口等环境因素显著相关。本研究区域的生活污水是大部分杀生剂(氟康唑、甘宝素、克霉唑、酮康唑、咪康唑、多菌灵、三氯生和三氯卡班)的主要污染来源。初步的风险评价显示多菌灵和三氯生对河流中的水生生物具有高风险。基于相关性分析,本研究结果表明三氯生可作为可靠的化学指示物,应用于水体和沉积物中示踪各种家用杀生剂。并且通过三级逸度模型得到的模拟浓度与实际检测浓度接近。因此,通过三氯生的使用量数据和三氯生与其他杀生剂间的关系式,本研究建立的模型能够用于预测各种家用杀生剂在流域中的含量与归趋。  污水厂污泥回用可能使土壤受到各种个人护理品的污染。本文研究了甘宝素、克霉唑和咪康唑等典型唑类杀生剂在我国污泥农用土壤中的含量分布及消解规律,并研究了植物对这些杀生剂的吸收。研究结果显示甘宝素、克霉唑和咪康唑在污泥农用土壤样品中被检出,但在没有施用污泥的对照土壤和作物样品中没被检出。甘宝素、克霉唑和咪康唑的浓度在浙江试验区污泥施用土壤中的浓度远低于在山东或湖南试验区的,这意味着杀生剂在浸水的土壤条件下更容易消解。经过一年的野外监测实验发现,甘宝素、克霉唑和咪康唑在污泥农用土壤中的浓度仅有轻微的变化,它们的半衰期分别为175-192 d、244-365 d和130-440 d。高污泥施用量和污泥重复施用导致在农业土壤中杀生剂的高持久性。初步的风险评价发现甘宝素对土壤中的生物具有中等风险。本研究建立的暴露模型能有效预测甘宝素和咪康唑在污泥农用土壤中的残留浓度。因此,本研究通过野外实验发现甘宝素、克霉唑和咪康唑等杀生剂在污泥农用土壤中具有高持久性。  本文研究了氟康唑在水溶液经受波长为254 nm的紫外光照射下的光降解机理。研究结果显示氟康唑的紫外光降解反应是依赖于pH(2.0-12.0)的伪一级反应,其光量子产率为0.023-0.090 mol einstein-1。氟康唑在水溶液中的紫外光降解反应包含直接光降解和涉及1O2的自敏化光降解。本研究对氟康唑的紫外光降解产物进行了鉴定和半定量,并认为氟康唑的光降解机理包含脱氟羟基化反应。氟康唑对伪蹄形藻的72 h最大无效应浓度(NOEC)和72 h最小有效应浓度(LOEC)分别为10μM和15μM。氟康唑的紫外光降解反应使反应溶液对绿藻的毒性显著降低,且光降解产物相对于氟康唑也不产生额外的绿藻毒性。
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