微塑料影响下结合态雌激素在人工湿地中的环境行为及机理

Conjugated estrogens (CEs) can be transferred to free estrogens by enzyme, which are of high activity to organisms. However, its behavior in the environment remains unclear. Additionally, the microplastic ubiquitous in the water might affect the behavior of sCEs, which makes it hard to estimate and enhance the total removal performance accurately. This study aims to study the behavior of sulfate-estradiol in constructed wetlands under the influence of microplastic. Study the processes of sorption and biodegradation for sCEs on the wetland substrate through micro-scale experiments. To illuminate its degradation pathways and obtain the enrich factors for estimating activity of micro-degradation. Study the migration and transformation rule for sCEs within the system of water- plant- tissue- subcellular fraction through hydroponic experiments. Study the removal performance of sCEs and its transformation to metabolites through mesocosm-scale constructed wetlands. To quantify the removal pathways and analyze the responses of microbial functional genes on sCEs. All the results are obtained for the estrogens control and microplastic combined pollution control.

结合态雌激素（CEs）可经酶转化为活性很强的自由态雌激素，具有较高的生态风险，然而其环境行为尚未明确。同时，普遍存在的微塑料很可能影响其环境行为，导致难以准确评价与改善污水处理系统对总体雌激素的处理效果。为此，本项目拟基于微塑料的影响，以生物活性最强的雌二醇（E2）的硫酸盐结合物（sCEs）为典型对象，通过室内微观机理试验和单体同位素技术，研究sCEs在湿地基质中的吸附与降解过程，明确其降解途径和获取表征微生物降解能力的单体同位素富集因子；采用植物水培试验和同位素示踪法，探明sCEs在水体-植物-组织-亚细胞体系中的迁移转化规律；通过模拟人工湿地试验，研究sCEs的总体去除效率及其与代谢产物间的转化关系，量化sCEs的去除途径，分析与其降解相关的微生物功能基因响应。以期为基于人工湿地技术的雌激素污染控制和微塑料复合污染控制提供理论依据。

本研究聚焦生态风险较高的雌激素类污染物（包括高生态风险的自由态雌激素（Free estrogens, FEs）和结合态雌激素（Conjugated estrogen，CEs）），与日益严重的微塑料污染问题，系统开展利用人工湿地生态处理技术降解雌激素的研究，在充分查清雌激素间的转化关系后，继而探索微塑料对雌激素在湿地中的降解转化影响，以期阐明微塑料与雌激素等新型有机污染物的复合污染效应，为优化人工湿地处理工艺提供理论依据。.1）优化建立了全面检测污水中15种典型雌激素的方法，为综合研究雌激素类物质的污染水平与环境行为提供了可靠方法，并评价得知中试规模组合人工湿地对生活污水中雌激素总体处理效果达89%~95%，优于污水处理厂（42%~62%）。.2）查明典型CEs在好氧与厌氧条件下的生物转化过程，发现其在上述两种条件下均能快速转化，但向其它雌激素种类转化的途径存在明显差异，氧化、还原、水解、手性转换、同分异构化等途径均存在。好氧条件下，以氧化为主、还原水解为辅，厌氧条件下，则反之（导致相对高的FEs比例），其转化途径较为复杂，生成其它雌激素比例最高的是E2-3S17G，其次为E2-3S。好氧功能微生物对CEs的胁迫响应较厌氧微生物敏感。.3）带电荷的微塑料PS小球对雌激素的吸附能力高于无电荷PS，且带正电的PS-NH2纳米小球表现出抑制E2和E2-3S17G降解的趋势，其中，E2组达显著水平，PS-NH2对E2组湿地的脱氮、除磷、有机碳去除等功能均表现出抑制效应，表明该种类微塑料生态环境影响值得更多关注。