城市水环境系统中人为源稀土元素特征和示踪效应研究

Rare earth elements(REEs) have been an explosion in demand for high-tech, industry, agriculture and medical. REEs played an important role for the development of new materials and new energy. During the past two decades, anthropogenic REEs (Gd, La, Sm) have been reported at Europe, North America, Japan and South Korea in the river water at urban area. The growing release of these elements to the environment is a concern as the emerging micropollutants. What is noticeable is that, researchers have reported anthropogenic REEs were hopeful to be used as an effective and economical indicator to trace the impact of sewage on the water system. Recently, China has become the largest REE producer and consumer in the world. However, there are few studies about anthropogenic REEs in urban river systems. In this program, surface water, groundwater, sewage, sewage treatment plant effluent samples will be collected at Chongqing and Guiyang, whose REE will be accurately analyzed. We plan to identify the anthropogenic REEs in the aquatic system at the study area, and to analyze the sources and flux of anthropogenic REEs as well. The potential environmental effect of anthropogenic REEs will be evaluated at the same time. At the end, we try to figure out the possibility to use anthropogenic REEs as an indicator of sewage from urban system in the surface and groundwater systems.

稀土元素被越来越多地应用于工业、农业、畜牧和医疗行业，成为推动新材料、新能源发展的重要因素。过去的二十年里，针对欧、美等发达地区的研究发现，人为源稀土元素（Gd、La、Sm等）广泛存在于城市水环境系统中，且呈不断上升趋势，成为一类亟需引起人们警惕的“新兴微污染物”。尤其值得关注的是，国外学者报道了人为源稀土元素有望作为一种新兴的高效经济型指示剂用于示踪城市废水污染对水环境的影响。目前，我国已成为世界最大的稀土生产和消费国，然而，关于我国城市水环境系统中人为源稀土元素的报道却相当匮乏。本研究拟以典型的特大城市重庆市和中等城市贵阳市为研究对象，系统采集地表水、地下水、市政污水和污水处理厂出水样品，精确测定样品的稀土元素含量，准确识别人为源稀土元素，并解析其主要来源、计算其输出通量，进而评估人为源稀土元素的潜在环境效应。最后，探讨人为源稀土元素作为标志物示踪城市废水污染对地表/地下水系统影响

随着稀土元素被越来越多地应用于现代工业、农业医疗中，更多的人为源的稀土元素进入天然环境，如人为源稀土元素（Gd、La、Sm等）广泛存在于城市水环境系统中，成为一类潜在“新微污染物”。同时，这些人为源稀土元素又有望作为一种新兴的高效经济型指示剂用于示踪城市废水污染对水环境的影响。本项目通过对不同类型的城市（贵阳、武汉、苏州、上海）地表水、地下水以及湖泊水体研究发现（1）中国大部分城市河流受到了明显的人为源稀土元素Gd的输入影响，人口越密集、医疗越发达的地区，人为源Gd的贡献越大。（2）城市污水处理厂是人为源Gd的主要集中排放口，人为源Gd与城市排放密切的氯离子表现出明显的相关关系，反映了共同的人为源贡献，初步估算出中国2019年由污水处理厂排放的约为11.2吨；（3）对武汉湖泊研究发现医院密度与人为源Gd浓度呈正相关，耕地比例与人为源Sm浓度呈正相关，利用人为源Gd、Sm和常规离子（硝酸根、氯离子）建立的三维示踪体系，可以准确指示污水处理厂、医院、工厂和农业对湖泊的影响，表明这种人为源污染物作为示踪剂用于分析城市水污染的来源是可靠的。（4）结合抗生素研究发现，人为源 Gd元素对氧氟沙星有良好的指示作用，人为源 Gd元素有望成为城市废水污染以及人用抗生素来源的有效示踪剂。通过本研究发现人为源稀土元素具有来源指向性好，监测相对简单、成本低的特点，对城市废水排放具有良好的指示效果，将来有望成为城市排放新污染物的有效指示指标。.基于本项目发表文章13篇，其中SCI文章12篇，中科院二区以上文章6篇（按照发表当年分区），培养硕士研究生6名，在读博士1名，受邀做分会场报告1次。