岸滤系统中极性PPCPs的转化行为及产物识别

The occurrence of PPCPs and their derivatives are ubiquitous in water environment. Some polar PPCPs could transfer to groundwater and even drinking water sources passing through bank filtration (BF). So far, the transformation and fate of PPCPs, identification of transformation products (TPs), and the influencing factors are still not thoroughly understood. In this project, we mainly focus on the chemical and biological transformation mechanism of PPCPs and identification of TPs during BF. First, we would develop the analysis method for PPCPs and TPs in water. According to field sampling and lab simulation, the distribution characteristic of PPCPs and their TPs in BF and the heterogeneous reaction mechanism of PPCPs and production of TPs on water-soil/sediment interface would be studied. The influencing factors including redox conditions, dissolved organic matters, non-homogeneous porous medium, etc., on PPCPs transformation would be also investigated so as to find the key controlling ones. Mass balance of PPCPs and their TPs during BF would be elucidated in order to supplying scientific foundation for groundwater quality safety and security.

PPCPs及其衍生物在水环境中普遍存在，部分极性PPCPs可通过岸滤系统迁移到地下水甚至饮用水源中，但目前对其转化行为、产物识别及影响要素等认识不够。本项目以揭示岸滤系统中典型极性PPCPs的化学和生物协同转化/去除机制、识别转化产物为主要目标，在建立母体及转化产物分析方法的基础上，联合现场采样和室内实验模拟研究手段，阐明岸滤系统中PPCPs及其转化产物的主要形态和组成特征，研究水-沉积物/土界面母体PPCPs反应及其产物生成的非均相反应动力学机制，明确岸滤系统中氧化还原条件、溶解性有机质、河床非均质多孔介质等多因素对污染物去除/转化的影响，提出主控要素，建立PPCPs及其转化产物在岸滤系统中的质量平衡关系，为地下水水质安全保障提供科学基础。

PPCPs及其衍生物在水环境中普遍存在，部分极性PPCPs可通过岸滤系统迁移到地下水甚至饮用水源中，但目前对其转化行为、产物识别及影响要素等认识不够。本项目识别了岸滤系统中抗生素磺胺甲恶唑和卡马西平的转化产物，明确了水-土界面磺胺甲恶唑反应及其脱氨基、硝基化产物生产的非均相反应动力学机制，探析了DOM、共存污染物和环境因子对该过程的影响，初步建立了磺胺甲恶唑与其产物的质量平衡关系。研究发现，岸滤系统中主要存在的PPCPs包含磺胺类抗生素、四环素类抗生素、卡马西平、氟康唑等母体，以及卡马西平的2种衍生物。兼氧或者厌氧条件下，抗生素在岸滤的水土界面反应复杂，硝酸根浓度、土壤类型、DOM组成、共存污染物等皆会促进PPCPs衍生物的生成速率。长期运行的MAR工程中，抗生素的去除率为50-90%，需要注意的是，磺胺类等抗生素的去除率并没有随深度增加而增加，甚至在地下水中的浓度高于地表水，可能具有更高的环境风险。水化学因素和抗生素均与微生物物种存在显著相关性，比如红霉素、依诺沙星等抗生素；MAR长期运行可能导致体系内产生抗性基因，受MAR影响部分地下水中抗生素与微生物物种的联系变弱。以上研究结果发表论文6篇，其中SCI论文3篇。项目研究结果对于掌握岸滤系统去除PPCPs等典型微量污染物的效能、影响因素及机理提供了科学支撑，为更好的应用岸滤系统处理饮用水、再生水的地下水储存过程中的水质安全和地下水生态安全提供了保障。