典型PPCPs在垃圾填埋体系中的关键归趋过程研究

PPCPs could be discarded as municipal solid waste and undergo landfill disposal thereafter, therefore, leachate may become one of the significant emission pathways for PPCPs in the environment. Currently, there is a lack of understanding for the transport and transformation of PPCPs during landfill, especially in a quantitative way. This project aims to develop and validate a mass balance model that describes key processes relating the fate of PPCPs during different landfill stages by (i) quantifying the mass transfer coefficient and determining the sorption behavior of PPCPs on refuses with different landfill ages; (ii) finding out the key factor controlling the sorption mechanism among refuses; (iii) clarifying the influence of e.g. pH, temperature, on the sorption of PPCPs on fresh and aged-refuse; (iv) studying the variation of overall degradation rates with landfill stages; and (v) in particular, exploring the importance of dissolved organic matter to the fate of PPCPs in the landfill system. The results will help understand mechanism controlling leaching behavior of PPCPs and design treatment technology of the leachate containing PPCPs.

PPCPs可随生活垃圾进入填埋体系并通过渗滤液进入环境，当前针对PPCPs在垃圾填埋体系中迁移转化行为及影响因素的报道较少，定量描述其归趋过程的研究则更为缺乏。项目拟选择典型PPCPs为模式化合物，定量研究其在不同填埋阶段垃圾上的吸附特征差异，结合各种现代化微观结构和宏观组成表征手段，系统阐明导致吸附差异的关键因子；研究多因素变化对PPCPs在垃圾填埋体系中吸附行为的影响；采用质量平衡模型建立表征垃圾填埋体系中污染物整体降解速率的新方法，研究不同填埋阶段典型PPCPs降解速率的异同及可能机理；建立被动采样技术用于区分吸附态和溶解态PPCPs，着重研究溶解性有机质对PPCPs在垃圾填埋体系中吸附及降解行为的影响；以真实垃圾填埋场为例建立环境归趋模型并验证上述参数的可靠性，揭示控制PPCPs在垃圾填埋体系中渗滤行为的关键过程。项目为理解PPCPs渗滤行为及处理工艺设计提供理论依据。

以传统封闭型填埋场和生物反应器型填埋场为例，以药品及个人护理品（PPCPs）在填埋过程中的关键环境过程为对象，围绕吸附和降解两大关键环境过程，研究典型药物在垃圾填埋过程中的吸附特性、影响因素及机理，揭示药物厌氧降解的动力学及溶解性有机质（DOM）对其的影响，建立环境归趋模式。主要结果如下：. 研究了陈腐垃圾不同组分对抗生素的吸附。胡敏酸对抗生素的吸附贡献最大。胡敏酸对磺胺类药物的吸附主要以π-π电子供受体作用为主，对大环内酯类药物的吸附以氢键作用和静电作用为主。矿化垃圾吸附四环素符合Freundlich等温模型，吸附量随pH升高呈震荡下跌，K+、Ca2+将导致四环素在矿化垃圾上吸附量略有下降。动态实验表明四环素在矿化垃圾上传质过程为表面扩散。. 研究了38种药物在发酵条件和硫酸盐还原条件下的厌氧降解。发酵条件下，不同药物的降解过程均符合一级降解动力学，降解半衰期具有较大差异，为4-272d。卡马西平具有较长的降解半衰期，在环境中的持久性应予以关注。硫酸盐还原条件下，不同药物的降解过程也符合一级降解动力学。不同药物的降解半衰期分布在13-378d，其中磺胺类药物的降解半衰期长达一年，属于持久性污染物。. DOM对四环素、土霉素、氨苄西林、氯霉素、利福昔明和灰黄霉素的厌氧降解率有明显促进作用，对其他药物的厌氧降解率没有明显的影响。对于难降解的药物特别是磺胺类抗生素，即使添加了DOM模式化合物也无法促使其发生厌氧降解，这说明该过程还与微生物的代谢方式、微生物菌群的结构和化学品的物理化学性质有关。. 研究建立了测定环境中自由溶解态浓度的被动采样技术，满足其对多目标物的同时长期监测的需求。建立了渗滤液中药物浓度估算方法，对于70%以上的药物的估算准确度可控制在1个数量级以内。建立了基于关键环境过程的PPCPs在河流和垃圾填埋体系的多介质归趋模型，并成功用于自然条件下河流中PPCPs降解速率研究。