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近年来,污水与污泥农用越来越受到人们的关注,污水与污泥中含有大量氮、磷等营养物质,是农用物生长过程中所必需的。污水与污泥应用于农田是污水与污泥资源化的有效途径,既减少了污水与污泥对环境的污染,又促进了农业生产,降低了生产成本,改善了土质。但是,除了营养物质,污水与污泥中还含有大量有机污染物,如内分泌干扰物(EDCs)、药物和个人护理品(PPCPs)和多环芳烃(PAHs)等,这些有机污染物通过污水与污泥农用进入土壤环境,对土壤、作物和人类健康产生潜在的威胁。目前,国外对于这些污染物在土壤中的累积已开展了相关研究,但国内在这方面的研究相当匮乏。 本论文建立了7种酚类内分泌干扰物、2种杀菌剂、15种酸性药物、4种中性药物、4种麝香和16种多环芳烃在环境样品中的前处理和仪器分析方法(文中所采用的15种抗生素分析方法为他人所建立),系统研究了这些污染物在污水与污泥农用土壤中的含量水平,同时根据已有陆生毒性数据,对这些污染物进行了风险评价。 建立了LC-MS/MS和GC-EI-MS仪器分析方法,其中内分泌干扰物、杀菌剂、酸性药物和中性药物采用LC-MS/MS分析,麝香和多环芳烃采用GC-EI-MS分析。前处理方面,水样均采用固相萃取(SPE),土壤样品则采用简单、快捷的超声提取和加速溶剂萃取(ASE)。经过优化,加标回收率和方法检出限均满足水体和土壤样品中目标化合物的检测要求。 研究了广州和河北(沧州、保定和石家庄)地区43种新兴有机污染物(包括7种酚类内分泌干扰物、2种杀菌剂和34种药物)在污水农用土壤中的累积,并同时采集了地下水农用土壤作对比。结果表明,大多数情况下,目标化合物在污水农用土壤中的浓度高于地下水农用土壤。在广州污水农用土壤中,共检出6个目标化合物,包括BPA、TCC、TCS、4-NP、水杨酸和氯贝酸,其中4-NP在土壤中检出的浓度最高。在河北污水农用土壤中,共检出43个药物中的9个化合物,包括BPA、TCC、TCS、4-NP、水杨酸、氧四环素、四环素、甲氧苄啶和扑米酮。生态风险评价的结果显示,除了TCC对陆生生物具有高风险外,其余化合物均具有低风险。污水农用在一定程度上将导致一些新兴有机污染物在土壤中检出或累积。 在7种酚类内分泌干扰物中,山东污泥农用土壤中检出了5种,分别为E1、EE2、BPA、4-NP和4-t-OP,其中EE2、E1和4-t-OP的检出频率和含量均不高,最常检出的化合物为BPA和4-NP,这两个化合物几乎在所有的土壤样品中检出。研究结果表明,污泥农用导致了一些EDCs在土壤中累积,累积的含量水平与污泥农用频率、污泥农用量和土壤类型有关。随着污泥频率和污泥农用量的增加,一些EDCs在土壤中的累积含量增加或显著增加,山东的盐碱土和湖南的红壤比浙江的水稻土更有利于EDCs在土壤中的累积,并且这种差异具有显著性。对BPA和4-NP在土壤中的消解进行了研究(为期一年),结果表明,BPA和4-NP在土壤中的消解遵循一级反应动力学模式。生态风险评价的结果表明,4-NP不会对土壤呼吸作用或植物生长造成负面影响,BPA对土壤生物具有低风险。 污泥农用导致了PAHs、TCC、TCS、AHTN和HHCB在土壤中的累积,累积的含量水平与污泥农用频率、污泥农用量和土壤类型有关。随着污泥频率和污泥农用量的增加,目标化合物在土壤中的累积含量增加或显著增加,由于污泥中4-6环多环芳烃占主要(78%),污泥农用导致了这些高致癌、致畸、致突变的化合物在土壤中的累积,由于4-6环PAHs的低水溶性和共轭结构,使其很难被生物降解,在环境中持久性更强。根据土壤中PAHs污染等级划分,污泥农用导致了土壤轻度、中度或重度污染。在山东、湖南和浙江三种土壤的对比中得出,山东的盐碱土和湖南的红壤比浙江的水稻土更有利于TCC、TCS、AHTN和HHCB在土壤中的累积,这三种土壤类型对于PAHs的累积影响差异不明显。对目标化合物在土壤中的消解进行的研究(为期一年)表明,大多数情况下,PAHs在土壤中的消解不遵循一级反应动力学模式,而TCC、TCS、AHTN和HHCB在土壤中的消解遵循一级反应动力学模式,EDCs和PCPs在新施用污泥土壤中的消解速率比在施用了四年之久的土壤中快。结果还表明TCC在土壤中具有持久性。风险评价的结果表明,TCC在所有污泥农用土壤中对蚯蚓均具有高风险;TCS、AHTN和HHCB在不同的污泥农用土壤中表现出的风险等级不同,低风险、中等风险和高风险都有。