尾水入河混合区底质微生物响应机制及其对典型内分泌干扰物衰减过程的影响

Wastewater reuse has been one of the most important way to alleviate water crisis in China. However, the presence of endocrine disrupting chemicals (EDCs) in reused wastewater could bring ecological and health risks due to the lack of related control strategy. The decay of EDCs in river is mainly attributed to hydraulic diffusion, sediment adsorption, and biodegradation. The aim of this research is to study the responses of sediment microorganism to environmental factors and their impact on the decay of endocrine disrupting chemicals in a river mixing zone. The field tests and model experiments in laboratory will be used to study the response mechanisms of sediment microorganism to environmental factors. The relationship between variation of sediment microorganism and EDCs biodegradation would be clarified through investigating the biodegradation of EDCs. The decay coefficient would be obtained based on the equations of mass conservation, adsorption and desorption, as well as biodegradation. The decay modeling of EDCs in river can be developed on the basis of environmental fluid dynamics code. The developed model can be used for proposing the discharge standard of EDCs in the effluent of uran wastwater treatment plants. The above results can not only provide the scientific mean for establishing water environmental quality standards, but also provide scientific basis for guaranteeing the security of natural water.

城市尾水补充河湖水体是缓解我国水资源危机的主要途径之一，但尾水中含有的一些新兴污染物，如内分泌干扰物（EDCs）等，由于目前尚缺少排放控制的有效判据，使得其不断进入水体，给水环境带来一定的生态和健康风险。尾水中的EDCs进入河流后，其归宿取决于一系列的物理、化学和生物过程，其中底质微生物降解和底质吸附是其衰减的主要机制。本课题从底质微生物体系特征研究着手，以尾水入河混合区底质微生物为研究对象，采用野外观测和室内模拟相结合的方法，探究底质微生物的时空变化规律及其环境响应机制，阐明底质中EDCs降解菌的生长和降解特性，研究实际水体中EDCs的衰减规律，并剖析底质微生物变化与EDCs衰减的动态交互关系，获取扩散-吸附-降解多机制耦合作用下EDCs的衰减系数，进一步发展完善河流水体EDCs衰减模型，从而提出城市尾水EDCs的排放阈值判据，为水体环境质量标准完善和水体新兴有机污染物防控提供依据。

本项目以双酚A（bisphenol A, BPA）、17α-乙炔基雌二醇（17α-ethinyl estradiol, EE2）、4-正壬基酚（4-nonylphenols, 4-NP）等作为典型内分泌干扰物（EDCs），针对尾水入河带来的这种新兴污染物的生态和健康风险，研究了城市尾水受纳河流底质微生物群落的特征、典型EDCs作用下河流底质微生物群落的响应与反馈、城市尾水受纳河流雌激素降解菌的分布及其共代谢降解动力学，污水处理厂尾水混合区EDCs衰减过程等。基于以上研究发表SCI论文11篇。.研究结论主要包括：.(1)掌握了河流尾水混合区底质微生物群落的时空分布规律，辨识出了微生物群落变化的主导驱动因子。研究发现，城市尾水受纳河流底质微生物群落在多种不同污染源下呈现出明显的差异性，其中以污水处理厂尾水排放为主要污染源的微生物群落受影响最严重，丰富度和均匀度显著降低，多样性相对变高。此过程中，NH4+、OM、Cd是影响河流底泥微生物群落的主要环境因子。.(2)阐明了河流尾水混合区底质微生物响应机制及 EDCs 降解菌特性。底泥对EDCs的生物降解可以用一阶动力学模型描述，且其生物降解主要发生与生物膜上。外源 NP 和 BPA 能够显著改变河流底泥微生物群落结构，降低微生物群落的多样性。其中γ-变形菌（Gammaproteobacteria）和 α-变性菌（Alphaproteobacteria）在NP和BPA处理的底泥样品中是优势菌。.(3)解析了河流混合区EDCs的扩散-吸附-降解过程，建立了EDCs的衰减数学模型，获得多机制作用下的EDCs衰减系数。底泥降解 NP、BPA 的降解速率常数分别为 0.0340-0.0345/d、0.0415-0.0457/d ，半衰期分别为 20.09-20.39 d、15.17-16.70 d。根据风险商算法，结合EDCs在流场中的衰减模型，对污水处理厂尾水EDCs浓度提出合理的控制浓度要求。.本研究结合了野外观测、室内实验和数值模拟，对EDCs的扩散-吸附-降解过程、污水处理厂和自然水体的微生物群落结构、EDCs降解条件和降解速率进行了研究。面对尾水入河的普遍现象，对水资源重复利用、防治EDCs这类新兴污染物的生态和健康风险，具有重要的理论和应用价值。