共溶组分相互作用对典型抗生素在饱水孔隙介质中吸附的影响

For groundwater with multiple contaminants at the livestock and poultry breeding sites and reclaimed water recharging sites, interactions between or among coexisting species, especially the formation of complexes from the interactions between antibiotics and coexisting dissolved organic matter (DOM) and (heavy) metal ions can affect the sorption and transport of antibiotics in groundwater-soil systems. In this proposal, dialysis balance experiments, spectral characterization, and batch and column experiments on sorption, combined with chemical equilibrium calculation and simulation, will be conducted to study the roles of polarity and molecular weight of DOM components, property and concentration of metal ions, and functional groups of typical antibiotics (such as the carboxyl group of ofloxacin and the hydroxyl group of tetracycline) in the formation of complexes under different environmental conditions. Based on the characteristics of the stability, species and proportion of the main antibiotic complexes in water and their sorption and transport in clay minerals, iron oxides, soils and sediments, the comprehensive effect of different complexes on the sorption will be elucidated, and the mechanism-based contribution of different components of the porous media to the sorption of antibiotics will be identified. The research results will provide important scientific basis for risk assessment and remediation of water-soil polluted by multiple contaminants, and the engineering design (e.g., soil aquifer treatment systems) of safe groundwater recharge with reclaimed water.

对于畜禽养殖场地与再生水回灌场地等受到复合污染地下水，抗生素与共溶组分间的相互作用，特别是抗生素与共存的溶解性有机质(DOM）和(重)金属离子间络合物的形成会影响到抗生素在地下水-土系统中的吸附与运移。本申请拟采用透析平衡实验、光谱表征、吸附批实验与柱实验等手段，结合化学平衡计算与模拟，来研究不同环境条件下，DOM组分极性与分子量大小、金属离子性质和浓度、典型抗生素官能团（如氧氟沙星的羧基和四环素的羟基）在络合物形成中的作用。基于水中主要抗生素络合物的稳定性、种类与比例及其在粘土矿物、铁氧化物、土壤、沉积物中吸附与运移的特征，阐明不同络合物形式对吸附的综合影响，确定孔隙介质中不同组成部分对抗生素吸附的贡献及机理。研究成果将为复合污染水-土壤风险评估与修复以及再生水安全回补地下水（如土壤含水层处理系统）的工程设计等提供重要的科学依据。

地下水中药物污染物可能会与共存组分络合而影响其在水-土中的归宿。本项目主要针对溶解性有机质（DOM）、（重）金属离子等共存组分的情景进行了研究，以期为地下水-土壤的污染风险评估与修复提供重要的科学依据。主要成果如下：.1）不同条件下典型抗生素与共溶组分的络合对其分配与迁移的影响.水中四环素（TC）与钙离子的络合促进其在腐殖酸（HA）上的吸附，但镁-TC络合物的形成抑制了TC吸附。对于加替沙星（GAT），针铁矿-Cu(II)-GAT三元络合物的形成增强了GAT的吸附，而Cu(II)-GAT抑制了其在赤铁矿上的吸附。金属离子参与形成的络合物特征与离子浓度和pH相关。.玉米秸秆DOM中类腐殖质组分与TC的结合能力要强于类蛋白质组分，DOM中酸不溶、亲水性和疏水酸组分会抑制蒙脱土对TC的吸附。水中低分子量酒石酸通过与TC络合及竞争点位影响了TC在针铁矿（主要是单配位羟基）上的吸附与降解，且影响程度随pH升高而降低。. 2）吸附剂性质变化对药物污染物吸附的影响.HA与高岭土表面上铝羟基的结合力要强于硅羟基的。HA组分在吸附过程中发生分馏（吸附顺序：类腐殖质>类酪氨酸>还原类醌）促进了氧氟沙星（OFL）在高岭土（主要是类腐殖质位点）上的吸附。不同来源的HA与赤铁矿形成复合物时，HA中脂肪族极性组分会主要通过内层络合和氢键作用被优先吸附，从而影响到GAT吸附，且吸附机理随有机质含量与溶液pH变化而改变。.双氯芬酸吸附与矿物中羟基含量呈正相关。铝同晶替代导致铝代针铁矿中羟基含量增加，而使铝代赤铁矿中羟基含量有所降低。.3）胶体与内源DOM对典型修复材料吸附污染物的影响.富里酸/蒙脱石胶体增强了纳米羟基磷灰石（nHAP）和石英砂之间的静电排斥，溶解态富里酸-镉与胶体结合态蒙脱石-镉均降低了nHAP对镉迁移的阻滞。富里酸与nHAP结合可抑制其团聚并增加电负性。在碳纳米管与纳米蒙脱石对OFL的吸附中，富里酸与OFL的结合增加了 OFL在水中的存在比例。.生物碳内源DOM（BDOM）释放量与固液比、溶液pH和DOM特性相关。BDOM释放会改变生物炭性质，并与溶液中TC结合而影响其吸附。相比于类色氨酸组分，BDOM中类腐殖质组分更易与TC结合。