水体中典型PPCPs检测及其在电强化人工湿地中的去除研究

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目前,利用再生水回灌补给地下水的同时也会引入痕量有毒有害物质,从而对地下水造成潜在风险。明晰再生水回灌过程中药物和个人护理品(PPCPs)以及抗性基因(ARGs)在地表水和地下水中的污染状况,对环境风险评估和管理具有重要意义。另外,为防止PPCPs污染的进一步扩展,亟需寻求经济高效的处理工艺强化去除PPCPs。环境中PPCPs的存在水平多为纳克和微克水平,因此建立准确可靠的检测方法至关重要。通过优化固相萃取条件和高效液相色谱-串联质谱参数,建立了可以同时检测地表水和地下水中26种典型PPCPs的测定方法。26种PPCPs的方法检出限为0.007-1.78 ng/L,方法定量限为0.02-5.68 ng/L,回收率为52.28%-115.24%,满足地表水和地下水中PPCPs的检测要求。对北京市潮白河再生水回灌区域进行实地调研及采样分析,地表水中PPCPs的浓度范围为ND-602.45 ng/L,5种ARGs的检出频率为100%,相对丰度范围为2.31×10-5-9.95×10-1;地下水中PPCPs的浓度范围为ND-95.08 ng/L,ARGs的相对丰度范围为ND-4.42×10-1,除喹诺酮类抗性基因(qnr S)(75%)外,其余4种ARGs在各地下水中的检出频率为100%。布洛芬和卡马西平是样品中含量较高的两类PPCPs,磺胺类抗性基因(sul1)是相对丰度最高的ARGs。ARGs与抗生素浓度水平显著正相关,且与I型整合子显著相关,表明环境中ARGs的相对丰度极大地依赖抗生素和I型整合子的存在。在再生水补给地下水过程中,PPCPs和ARGs呈现出沿程衰减的趋势;地下水中PPCPs浓度水平和ARGs相对丰度低于地表水,并且随地下水井位深度以及距河岸距离的增加,PPCPs和ARGs均呈现出不同程度的衰减。选取4种检测浓度相对较高且具有化学结构代表性的PPCPs(布洛芬、卡马西平、双氯芬酸和磺胺二甲嘧啶),探究电强化人工湿地(E-TFCWs)对PPCPs的去除效果和降解机理。与常规潮汐流人工湿地(TFCWs)相比,将电极布置于人工湿地底部通电后,PPCPs的去除效率可以从4.41%-11.17%提升到28.83%-68.32%。在E-TFCWs中,电解和人工湿地对PPCPs的降解具有协同效应(增强因子大于1)。通电4 h后,PPCPs在E-TFCWs中反应10 h的去除效率占14.98%-44.41%,高于通电前反应10 h贡献的去除效率(9.62%-27.14%)。通电4 h对PPCPs去除效率的贡献为28.83%-68.32%。电解和人工湿地对PPCPs降解的协同效应主要体现在以下两个方面:一方面是电解过程提高了PPCPs的可生物降解性,有助于后续其在湿地作用下降解去除。另一方面,E-TFCWs中的阳极析氧和阴极析氢反应有助于反应器内部形成好氧-缺氧的环境条件,促进Thermomonas,Microbacterium,Cloacibacterium和Acidovorax等优势菌的生长,从而提高PPCPs的降解效果。
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