沼灌区类固醇雌激素及其硫酸盐在土壤中迁移转化机理研究

Intensive livestock and poultry farm is the second source of steroid estrogen pollutants to the urban sewage treatment plant .The steroid estrogen has been detected steadily in biogas slurry recycle region and surrounding soil environment medium. However, the pollution pathway is ambiguous and the mobility is higher than the theoretical value. It seriously effect on ecological security. In order to reduce the contaminate risk by steroid estrogen on soil and water environment, the project do the research of steroid estrogens adsorption and desorption, migration and transformation in the soil after biogas slurry recycle by intensive livestock and poultry farm. The project mainly focus on the typical free state steroid estrogens E1、17α-E2、17β-E2、E3 and its combined state of estrogen sulfate E1-3S in biogas slurry as the research object. The thermodynamics and dynamics of adsorption and desorption, microbial degradation are the main research line. By means of in-situ test and soil column simulated, analysis the transformation process, adsorption behavior characteristics, desorption process and biodegradation behavior of steroid estrogens in soil. Analysis of soluble organic matter in the biogas slurry, antibiotics inhibition, soil cation exchange capacity influence to the efficiency of migration and transformation of steroid estrogens.The research will eventually clarify the pollution mechanism by steroid estrogens on the surrounding soil and water environment. It will provide scientific support for developing effective prevention and control measures.

集约化畜禽养殖场是仅次于城市污水处理厂的第二大类固醇雌激素污染源。在沼灌区及周边水土环境介质中已持续检测出该类雌激素，但其污染途径不明且迁移性高于理论值，对生态安全产生了严重影响。本项目拟对集约化养殖场沼液回用后雌激素及其硫酸盐在土壤中吸附解析行为和迁移转化规律进行研究，以降低雌激素对土壤和水环境污染风险。项目以沼液中典型自由态雌激素E1、17α-E2、17β-E2、E3及结合态雌激素硫酸盐E1-3S为研究对象，以吸附解析热力学、动力学研究及微生物降解转化为主线，以原位检测和土壤柱模拟为手段，分析雌激素在土壤中的转化过程、吸附行为特征、解析迁移状况及生物降解行为。并探析沼液中可溶性有机质、抗生素抑制作用、土壤阳离子交换能力等因素对雌激素及其硫酸盐吸附转化效率的影响。研究成果最终将阐明集约化畜禽养殖场沼液回用对周边水环境的雌激素污染机理，为开辟有效防治措施提供科学支撑。

集约化畜禽养殖场是仅次于城市污水处理厂的第二大类固醇雌激素污染源。在沼灌区及周边水土环境介质中已持续检测出该类雌激素，对生态安全产生了严重影响。项目以沼液中典型自由态雌激素E1、17α-E2、17β-E2、E3及结合态雌激素硫酸盐E1-3S为研究对象，以吸附解析热力学、动力学研究及微生物降解转化为主线，通过原位检测和土壤柱模拟试验，分析雌激素在土壤中的转化过程、吸附行为特征、迁移转化状况。并探究沼液中可溶性有机质、土壤阳离子交换能力等对雌激素及其硫酸盐吸附转化效率的影响。得到结论如下：对于养殖场厌氧池和好氧池出水两种复杂液体样品，建立两步固相萃取法，雌激素平均回收率分别可达92.87%和91.94%。厌氧池出水回用于土壤，对土壤样品建立三步震荡提取-固相萃取法，雌激素平均回收率分别可达67.68%和62.8%。对土壤样品检测表明，厌氧池出水回用将雌激素引入到土壤环境，土壤中五种雌激素平均浓度大小依次为17β-E2>E1>17α-E2>E1-3S。紫色土对雌激素的吸附可分为快速吸附和缓慢平衡两个阶段，24h后基本达到吸附平衡，其中准二级动力学方程可较好的描述雌激素在土壤中的吸附过程。雌激素的吸附常数和饱和吸附量随温度升高而降低，饱和吸附量顺序为E1-3S<17α-E2≈17β-E2<E1。热力学分析表明雌激素在紫色土中的吸附过程为自发放热反应，以物理吸附为主。雌激素在土壤中的迁移能力顺序为E1-3S>>17β-E2>17α-E2>E1。迁移过程中伴随着雌激素的相互转化，雌激素在不同纵深土壤中的稳定性顺序为:E1-3S>E1>17α-E2>17β-E2。E1与17β-E2进入土壤后的污染风险较高，17α-E2与E1-3S相对较低。研究成果阐明了集约化畜禽养殖场沼液回用对周边水环境的雌激素污染机理及雌激素在环境中的流失途径，为其有效防治提供了理论支撑。