污水中有机污染物的高通量筛查技术及其对微生物群落代谢功能的作用机制研究

There are more and more emerging pollutants in environment which cause great threat to human health, however, they are not considered in the existing standards. In that case, how to identify these new pollutants from complex environmental media is the hot topic in environmental research. Based on the previous study, this project will develop a high throughput screening method for targeted and non targeted pollutants. We will optimize the preparation technology, instrumental analysis conditions, data acquisition methods and spectral analysis techniques. Based on the high throughput screening method, we will analyze the characteristics of the pollutants and their degradation process and pattern. Source apportionment will also be conducted in this research. The metabolomics method will be developed to analyze the different processes of microbial communities’ metabolic changes. The intermediates and metabolites of pollutants will be determined to study the mechanism of metabolic function of microbial community. The project will provide a new method for assessing the treatment efficiency.

环境中污染物种类繁多，新型污染物层出不穷，对人类健康构成巨大的威胁，而现有标准往往没有考虑到这些污染物，因此从复杂的环境介质中识别出这些污染物是当前亟待解决的问题。本研究将在前期工作的基础上，开发污水中靶向和非靶向的高通量筛查技术，优化前处理技术、仪器分析条件、数据采集方式以及谱图解析技术。选取不同类型、不同工艺的污水处理厂进行研究示范，结合靶向和非靶向分析技术，研究不同污水处理厂中有机污染物的污染特征及其降解规律的差异性，并对污染源进行源解析。同时利用代谢组学的方法，研究不同工艺中微生物群落的代谢组变化规律；分析不同前置工艺类型形成的中间体、代谢产物，及其对微生物群落代谢功能的作用机制，评估污水厂处理效能的差异性，从而为污水厂的工艺改善和组合提供新的技术支持，实现污水的毒性削减。

环境中污染物种类繁多，新污染物层出不穷，对生态环境和人类健康构成巨大的威胁。对于这些不断涌现的污染物，其分析方法和评估一直都是环境化学的研究热点和难点。在此背景下，课题组在前期工作基础上，优化了复杂介质中样品的前处理技术、仪器分析条件、数据采集方式以及谱图解析技术，基于高分辨率质谱开发了污水中高通量的可疑物筛查和未知物的非靶向筛查技术。建立了数千种污染物的高分辨数据库，可以实现有机污染物的高通量快速识别；同时基于污染物的分子多维特征开发了全氟化合物、转化产物、代谢组等多种非靶向识别新技术，并将这些技术应用于真实的环境中，在污水中识别出大量新污染物及其转化产物。在化工园区污水中，我们鉴定出大量新型全氟化合物，其中有6个系列37种全氟化合物为全球首次发现。这些新型全氟氟化合物类似于传统的全氟化合物，并不能在常规的污水处理技术下得到有效削减。此外我们对农药和药物类转化产物进行了非靶向识别，鉴定出50种转化产物，其中有20种是之前研究从未报道的。同时我们基于污染物的代谢转化情况评估了不同污水厂处理效能的差异性，同时我们将非靶向技术应用于化工园区风险化学品的甄别工作中，选择典型化工园区开展特征污染物监测技术体系的应用：构建了涵盖园区企业生产清单、危险化学品清单及常见农药药物清单共3000多种污染物可疑物筛查清单，对园区典型企业废水进行可疑物高通量筛查，实现不同企业特征污染物的精准识别、溯源分析与风险评估。申请人研发的非靶向分析技术在生态环境部固管中心、江苏省环保厅、江苏省公安厅和江苏省监测中心等各级管理部门开展应用，已经取得很好的示范效果，相关研究成果被列入生态环境部《优先控制化学品名录（第一批）》和江苏省苏环办〔2017〕88号文件。