环境激素在浅层地下水-沉积物中的微界面迁移过程及其调控机制

有机污染物在地下水环境中的入渗迁移是涉及水-气-沉积物-土壤等多相多介质的复杂环境微界面过程。环境激素类物质的广泛使用将严重威胁地下水体与水质安全，而地下环境污染的隐蔽性、复杂性以及环境激素类物质测试的困难性容易造成此类问题被忽视。本项目选择典型环境激素类污染物为研究对象，从建立基于电致化学发光（ECL）的新型测试方法结合其他现代水质分析技术入手，对比研究具有手性环境激素类物质在沉积物-浅层地下水微界面环境中迁移转化的立体选择性特征，着重剖析渗流速度和多孔介质性质对传质过程的影响，并从界面角度解释多孔介质对环境激素的吸附规律。同时尝试解释混沌对流、碳质吸附剂（CG）的调控作用与微生物降解污染物的相关性，从而为进一步的环境激素生态风险评估、沉积物、地下水及包气带土壤的污染治理与修复提供科学的理论基础。

本项目以环境激素双酚A（BPA）、多环芳烃（PAHs）、手性农药联苯菊酯等为研究对象，构建了基于壳聚糖-Fe3O4纳米材料的BPA电化学传感器，利用示差脉冲伏安法扫描得到氧化峰电流与BPA的浓度在5.0×10 -8 mol/dm³~3.0×10 -8 mol/dm³范围内呈良好的线性关系（R=0.9992），检测限为8.0×10 -9 mol/dm³（S/N=3），实现了痕量双酚A的检测；用聚苯乙烯微球为模板，采用电化学沉积方法制备了二维有序的金、银球腔阵列，以碗状银球腔阵列（BSSC）结构为拉曼表面增强散射活性基底，组装构建了AgNPs/PAHs/BSSC三明治结构用于PAHs分子的检测；建立并优化了手性物质的高效液相色谱分离方法，分离丙溴磷、马拉硫磷、乙草胺、氯氰菊酯及联苯菊酯对映体，分离度均大于1.5。项目研究发现联苯菊酯等典型环境激素在土壤中是能量不等的非单层吸附，拟合结果显示Freundlich模型相关度最高，有机质、温度、酸碱度及土壤中物质组成等条件对吸附行为均有影响。功能材料如碳质吸附剂GC、纳米材料等能显著增加环境激素的吸附，减少在植物体内的生物可利用性。环境激素的降解也与温度、投药量、含氧量等密切相关，微生物的定量化研究是可以实现的，以联苯菊酯为例，缺少微生物作用的降解量会降低50%以上；运用PCR-DGGE法分析了污泥与土壤中生物群落结构及多样性差异，发现变形菌门和拟杆菌门是构成土壤和污泥微生物群落的主要种群，变形菌门是其中的优势细菌类群。探讨了手性环境激素降解过程中对映体间的立体选择性差异，生物降解带来的立体选择性是明显的，研究中ER值在1.2~3.0之间，EF在0.2~0.5之间，并随着生物等级的不同差异程度也不同。在多孔介质的渗流研究中发现，土壤黏粒增加会引起弥散系数下降，由细砂的2×10-3cm2/s降低到掺土样品的3×10-4～4×10-4cm2/s左右，且弥散系数会随着容重的减小而减小，由1.25×10-2cm2/s减小为3.87×10-4cm2/s，有机质含量对弥散系数有影响。流体雷诺数越高传质效率越高，混沌流态有利于微生物的生长，对于提高浅层地下水等封闭水体自净能力有借鉴意义。