自然水体固相物质间的作用对其吸附典型有机污染物的影响及机制

The project studies the effect and mechanism of the interaction among coexisting solid materials (biofilms, suspended particles and sediments) from natural waters on the sorption of typical organic pollutants to them. Firstly, based on the study on the sorption kinetics and thermodynamics of lindane (r-hexachlorocyclohexane,r-HCH), as a representative of typical organic pollutants, in the single solid phase and multi-solid phase system, we will find out the differences of the sorption characteristics of lindane and the properties (component and structure) of solid materials in the different systems. Secondly, based on the quantitative analysis on the relationships between the sorption characteristics of lindane and the properties of solid materials and their differences in the different systems, and combining with the research findings in the field of multimedia process and effects, we will deduce the mechanism of the effect of the interaction among these coexisting solid materials on the sorption. Finally, based on the verification on the deduced mechanism in a simulation system closer to the natural aquatic environment and combining with modeling, we will reveal the effect mechanism of the interaction of solid materials from natural waters on the sorption of organic pollutants to them. The project will effectively enhance the weakness in the field of aquatic multiphase system and help to understand the transport and transformation of typical organic pollutants in the natural aquatic environment.

本项目以共存于自然水体中的固相物质（生物膜、悬浮颗粒物和沉积物）之间的作用对其吸附典型有机污染物行为的影响及机制为研究对象。拟选择林丹（丙体六六六）作为典型有机污染物的代表，通过对林丹在单固相吸附体系和多固相共存体系中的吸附动力学和热力学研究，确定其在不同体系中的吸附特征以及固相物质物性（组分及结构）变化规律；通过定量分析林丹的吸附特征与固相物质的物性特征的关系以及这种关系在不同体系中的差异，结合多介质过程及效应领域的最新研究成果，分析共存固相物质之间的相互作用对吸附的影响机制；通过对所提出的机制在更为接近真实水环境的模拟体系中进行验证并结合模型分析，最终揭示固相物质间的相互作用对其吸附有机污染物的影响作用机制。本项目将有效强化目前水环境多相体系研究中所存在的薄弱环节，将有助于深入了解典型有机污染物在天然水环境中的迁移转化规律。

本研究以共存于自然水体中的三种固相物质——生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物之间的相互作用对它们吸附典型有机污染物行为的影响及机制为研究对象。主要选择有机氯农药——林丹（丙体六六六）等作为典型有机污染物的代表，通过对林丹在单固相和多固相共存体系中吸附特征的研究，确定了吸附特征差异；通过对吸附过程中不同固相物质的组分及结构特征的研究，确定了固相物质的组分及结构的变化特征；通过对林丹与三种固相物质的组分及结构特征的在吸附过程中的动态变化研究，分析了动态变化规律。此外，通过对覆盖不同程度生物膜的表层沉积物吸附有机污染物的特征研究，初步分析了生物膜对表层沉积物吸附有机污染物的直接影响。研究结果表明，共存固相物质间的相互作用影响它们对林丹的吸附行为。单固相吸附体系中，三种固相物质吸附林丹的能力大小顺序通常为：生物膜>悬浮颗粒物>表层沉积物。而在多固相共存的吸附体系中，吸附能力弱的固相（如表层沉积物）的吸附能力会增强，相应地，吸附能力强的固相（如生物膜等）的吸附能力会减弱。此外，共存体系中固相物质对林丹的总吸附量要小于单固相体系中固相物质的吸附量之和。这其中主要涉及的作用机制为固相物质的有机组分，特别是溶解性有机组分，在共存体系中的重新分配以及异相物质溶解性组分占据体系中的总吸附点位会导致两种体系中的吸附存在差异。该项目研究结果有助于深入认识有机污染物在真实水环境多相体系中的迁移转化规律。