基于半透膜装置被动采样技术研究海洋环境中多氯联苯和有机氯农药的多介质环境行为

The passive sampling technique using triolein-Semipermeable Membrane Device (SPMD) remains the most promising technique for quantifying the average concentrations of Hydrophobic Organic Compounds (HOCs) in the aquatic and atmospheric environmental matrices. However, the discrepancies in the average HOCs concentrations and the homologue patterns in the different matrices comparing to the traditional sampling techniques, are still under dispute. In present project, the sampling dynamic mechanism of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) and Organochlorine Pesticides (OCPs) from marine environment are to be studied in the lab under several control conditions, and then to quantitively estimate the influences of these environmental factors, including flow rates, organic matters contents, temperature and photodegradation in order to calibrate the uptake dynamic parameters, which will contribute to improving the accuracy of calculating the freely dissolved HOCs concentrations in field investigations based on SPMDs monitoring data. Associating with multi-media fugacity models, the migration, distribution tendencies and fates in the two major environmental matrices, consist of water and sediments, will be revealed to better understand the fate and transfer behavior of PCBs and OCPs in marine environment. Becides, the migration flux will be calculated using the Fick's law. The results of this project will supply the solid theoretical foundation for SPMD serving as a routine monitoring technology, as well as studying the multimedia environmental behavior and assessing the biological risks of PCBs and OCPs in the marine environment. Furthermore, the achievements of this project will play a very important role in controlling the amount of sewage discharge into seas and protect the marine environment.

三油酸甘油酯-半透膜装置(triolein-SPMD)被动采样技术是一种新型的监测环境中疏水性有机物(HOCs)的技术，逐渐在模拟生物监测领域得到一定的发展。目前研究存在着以下缺陷：基于SPMD所得数据计算环境中HOCs浓度和组成与传统采样技术相比，二者结果差异大，且环境行为机制不明，导致SPMD的数据未能建立起与常规监测数据的有效联系。本项目拟在室内控制条件下，研究SPMD采集海洋环境中自由可溶解态多氯联苯(PCBs)和有机氯农药(OCPs)的动力学机制，考察环境因素(流速、温度、有机质、光降解和生物淤塞程度)对采样动力学参数(采样速率、富集系数和传质常数等)的复合影响，从而建立基于SPMD计算PCBs和OCPs的校正参数体系，建立SPMD与常规监测数据的定量化关系；开展水体-SPMD-沉积物体系的吸收实验，结合环境多介质逸度模型，阐明PCBs和OCPs在水体-沉积物中迁移、分配和归趋规律，计算两相间的迁移通量。本项目为发展SPMD技术作为常规监测手段，研究HOCs的多介质环境行为提供理论依据，对控制入海排污总量、保护海洋环境具有重要的意义。

研究环境水体中痕量有机污染物赋存状况的重要前提是获得准确的浓度水平，因此亟待发展准确而简单的采样技术。被动采样技术弥补了主动采样法样品量大、杂质多和分析过程复杂的缺陷，且能够获得采样周期内的时间加权平均浓度，因此，被动采样技术成为一类新兴的采样技术，在环境监测和风险评价中蓬勃发展。本项目开展了半透膜渗透被动采样装置（SPMD）、三油酸甘油酯-醋酸纤维素半透复合膜（TECAM）和薄膜梯度扩散（DGT）技术采集水体中多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）、有机氯农药（OCPs）和抗生素的动力学机制研究，探索了磺胺类和氟喹诺酮类抗生素的光降解路径和产物，揭示光降解对DGT采集抗生素光降解的影响。本课题组采用SPMD监测了11个沿海城市的海水中多环芳烃（PAHs）、多氯联苯（PCBs）和有机氯农药（OCPs）的赋存状况，从含量和组成角度比较SPMD、主动采样法和生物监测法，发现SPMD和主动采样法的结果相似，然而组成比例略有不同，表明SPMD可用于监测疏水性强的有机污染物。我们应用SPMD监测北极大气和水体中PCBs的赋存状况，基于SPMD的计算结果与他人的报道接近。比较SPMD膜袋中浓度，发现大气中PCBs的含量高于海水，证明北极地区大气是PCBs的主要来源。另外，我们采用SPMD监测沉积物间隙水中的可溶解态的PCBs，基于此计算的含量远比离心法、有机质矫正法得到结果低，说明基于离心法得到的含量进行的风险水平被高估。TECAM采集水体中PCBs时，采样曲线符合一级动力模型，平衡时间比SPMD短，平衡时间、TECAM-水的分配系数、吸收和清除速率常数受到输入浓度变化的影响。此外，纯水和海水体系也对动力学参数产生影响。DGT采集水体中部分磺胺类和大环内酯类抗生素的影响因素研究，发现水体的pH值和离子强度对含量比值有影响，可能与电离有关。本项目验证了SPMD监测有机污染物的有效性；计算了TECAM采集水体PCBs的动力学参数，拓宽了TECAM的监测范围；考察了环境因素对TECAM和DGT的影响，提高监测数据准确性，提高了海水中有机污染物的监测水平。此外，本项目还揭示了水体中磺胺类和氟喹诺酮类抗生素的光降解路径，确定降解产物，评价产物的活性，为环境中抗生素的监测和修复提供宝贵的基础数据。