城市四环素污染河流沉积物的磷迁移转化规律研究

High concentrations of tetracycline have been frequently detected in urban river sediment. As an emerging drug pollutant, tetracycline can change the sediment physic-chemical compositions and micro-environments on water-sediment interface, and thus contributed greatly to the variation of sediment phosphorus transfer and transformation...Combined with filed survey and indoor simulated experiments, measured sediment particle composition, surface structure and chemical component were employed to identify the key factor impacted on phosphorus environmental behavior; micro-environmental process on the water-sediment interface were further characterized to reveal the regulating mechanism of tetracycline on sediment phosphorus release and sedimentation; finally, phosphorus conversion processes and approaches in tetracycline contaminated urban river sediment was discussed according to variability in sediment physic-chemical properties, phosphorus storage and bioavailability, and adsorption-desorption features. ..This project aims to reveal the micro-process and impacting mechanisms of antibiotics including tetracycline on surface water bodies, and to provide scientific proof for antibiotics polluted urban water eutrophication control and ecological culture construction. .

高水平四环素残留在城市河流沉积物中被广泛检出，作为药物型污染物，四环素能改变沉积物理化特性和水体界面微环境过程，进而调控共存于沉积物中磷的迁移转化行为。. 项目基于现场调查和室内模拟实验，通过沉积物颗粒组成、表面结构和化学成分等监测揭示四环素影响沉积物磷环境行为的源动力；借助水-沉积物界面微环境过程表征和水体磷浓度变化探明四环素调控磷沉积释放的关键过程；最后，结合沉积物理化特性、磷赋存和生物可利用性变化，以及吸附/解吸特征，探讨四环素污染沉积物中不同形态磷相互转化机制与途径。. 项目的开展，有助于揭示四环素类抗生素影响地表水环境的微观过程与机理，为探讨抗生素环境污染背景下的城市水体富营养化防治和水生态文明建设提供科学依据。

本项目通过对黄孝河开展现场调查和室内模拟实验，通过沉积物粒径组成、磷的形态和化学成分等监测揭示四环素影响沉积物磷环境行为的源动力；借助水-沉积物界面营养盐（氨氮和磷）的释放过程，掌握四环素对营养盐释放影响规律；结合沉积物理化特性、磷赋存和生物可利用性变化，以及吸附解吸特征，探讨四环素污染沉积物中不同形态磷相互转化机制与途径。本项目主要取得以下结论：.（1）黄孝河8个监测断面水体各断面中总磷浓度范围为1.06~3.82mg/L，溶解性为0.74~2.06mg/L，正磷酸盐为0.51~1.53mg/L，远超过《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准；水体中四环素均有检出，最高为泵站断面，浓度达6.8μg/L，其余断面四环素浓度为ng/L级别或未检出；8个断面沉积物以砂粒为主（>54%）。各断面沉积物四环素浓度在ND~102μg/g范围内，其中泵站断面含量最高。各断面沉积物中总磷的含量范围为887 ~2459mg/kg，其中Ca-P和Re-P为两种主要存在形态，Ex-P和Fe/Al-P、Ca-P、Hu-P之间具有显著相关性。.（2）沉积物模拟释放结果显示，随着上覆水体中四环素浓度从0μg/L上升至500μg/L，相应的从沉积物中释放到上覆水磷酸盐平均浓度从0.21~0.25mg/L升高至0.39~0.41mg/L（p<0.05），同样四环素浓度升高后，从沉积物中释放到上覆水中的氨氮浓度也有小幅升高。比较不同温度组别（25℃和5℃），低温较低不利于氨氮和磷酸盐的释放，气温5℃较25℃，四环素浓度为0μg/L和500μg/L中模拟组中的磷酸盐分别降低0.07mg/L和0.15mg/L，氨氮分别降低0.12mg/L和0.18mg/L。.（3）黄孝河八个断面沉积物磷的吸附均在12 h内基本达到吸附平衡，且一级动力学过程和二级动力学方程对其拟合结果较好（R2≥0.93），以物理吸附为主。磷的吸附等温线符合修正的Langmuir模型（R2>0.90）。.（4）随着四环素增加，磷的吸附量总体下降，四环素影响沉积物的物理吸附过程。四环素存在条件下，沉积物解吸磷量增加，阴离子的竞争在磷的解吸过程中优势明显，即随着四环素增高，PO43-竞争能力减小，致使沉积物中磷释放。pH对磷吸附的影响结果为在pH为9左右时，吸附量最小，之后或之前随着pH的减小（增大）吸附量都在增加，呈“U”字曲线。