典型西南岩溶地下水抗生素污染指示因子识别

我国南方岩溶地区是全球三大岩溶集中分布区之一,由于岩溶地区独特的含水层结构,其地下水极易受到地表污染。为了探明岩溶地下水中抗生素污染空间分布的主控因素,厘清抗生素浓度与水化学参数的相关关系,进而识别岩溶地区水环境中抗生素污染的指示因子,以西南典型岩溶地下河系统为研究对象,利用超高效液相色谱串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)分析了35种抗生素浓度。结果表明:研究区共检出了30种抗生素,包括3种四环素类(<检出限(MDL)~421 ng/L)、5种大环内酯类(28.3~884 ng/L)、9种磺胺类(2.50~30 ng/L)和13种喹诺酮类(19.5~1807 ng/L)。其中,大环内酯类和喹诺酮类抗生素是研究区检出的主要抗生素,其空间分布特征主要受污染源和稀释作用控制。研究区水化学类型包括HCO_(3)-Ca·Mg型和HCO_(3)-Ca·Na·Mg型,抗生素浓度在不同的水化学类型中存在显著差异,HCO_(3)-Ca·Na·Mg型水样中抗生素浓度显著高于HCO_(3)-Ca·Mg型(2~10倍)(Mann-Whitney检验,p<0.05)。同时,Pearson相关性分析结果表明,三氮(硝氮、亚硝氮与氨氮浓度之和)、总有机碳(TOC)、Na^(+)、Cl^(-)浓度与单一抗生素浓度、不同种类抗生素浓度、抗生素总浓度均呈显著正相关(r=0.81~0.99,p<0.05,N=7~8)。相比三氮、TOC和Na^(+),Cl^(-)在环境中性质更稳定,是岩溶地区地下水系统中更可靠的抗生素污染指示因子。本研究为受县级污水处理厂和农村生活废水排放影响的岩溶地区抗生素污染识别与污染预测提供了理论依据。

地下水系统中的抗生素对反硝化的影响研究进展

微生物反硝化过程是地下水中硝酸盐最重要的脱氮形式。再生水利用和养殖业引起的抗生素污染常与硝酸盐共存。因此,需深入研究抗生素及其存在形式对地下水中硝酸盐反硝化过程及抗生素抗性基因(ARGs)产生、富集和传播的影响,以综合解析地下水硝酸盐浓度升高的原因。近年来的研究识别了地下水系统中抗生素的解离/络合形态、吸附形式(层间吸附/表面吸附)、水解与微生物降解产物等存在形式,并从反硝化微生物群落、功能酶的种类与活性、功能基因丰度以及ARGs产生与传播途径阐释了抗生素对反硝化过程的抑制机制。主要结论为:(1)地下水系统中,抗生素以多种形式存在,而不同形式的抗生素对微生物的毒性有显著差异;(2)在每升纳克至微克水平的抗生素存在下,地下水反硝化过程受到抑制,抗生素改变了微生物群落结构,抑制了功能酶活性,增加了ARGs的丰度,在这些作用的协同影响下,硝酸盐降解动力学由零级向一级转变;(3)在抗生素抑制反硝化过程中,还增加了温室气体N2O的释放量,抗生素影响了功能基因nosZ表达,N2O浓度与nosZ丰度呈负指数关系。在综述相关文献的基础上,对未来研究提出了展望:(1)定量识别典型抗生素进入地下水系统后的存在形式;(2)厘清不同存在形式的抗生素对反硝化微生物群落、功能酶种类与活性、功能基因丰度和多样性的影响;(3)探索反硝化功能基因在抗生素不同存在形式和不同输入方式下的变化过程,并建立ARGs产生、富集与传播模式;(4)结合野外观测和室内实验从分子生物学、环境化学和水文地质学多尺度研究复合污染下地下水系统的反硝化过程,可为日益复杂的地下水污染防治和饮用水安全保障提供理论依据。

海河流域滹沱河冲洪积扇地下水中农药污染及分布特征

地下水是海河流域滹沱河冲洪积扇重要的饮用水水源,农业种植过程中施用的农药会导致地下水污染,该地区地下水中农药的污染调查工作相对匮乏。为了研究滹沱河冲洪积扇地下水中农药的污染及分布特征,本文利用气相色谱-质谱联用技术分析了30组地下水样品中75种农药组分,用统计学方法对结果进行分析。结果显示:30个采样点中均有农药检出,检测的75种农药中检出40种,有机氯、有机磷、有机氮三类均有检出。检出率最高的为3-羟基呋喃丹(93.3%)、敌杀磷(90.0%)、地茂散(90.0%),30个样品检出浓度之和最大的为呋喃丹(4860.6ng/L)。研究区内三类农药平均检出浓度有机氯(70.8ng/L)<有机磷(392.7ng/L)<有机氮(580.9ng/L),这主要与三类农药的使用历程和性质相关:有机氯类农药由于其高毒、难降解等特性在1983年被禁用;21世纪初,相对高效、易降解的有机磷类和有机氮类农药应用广泛。三类农药的空间分布特征为从冲洪积扇顶部到中部,农药含量逐渐减少,这主要受冲洪积扇水文地质特征的影响。研究区内HCHs来源为近期林丹使用或HCHs工业降解,DDTs来源为新DDT源的释放或历史上的使用。研究结果可为我国地下水农药的污染监测和地下水相关标准制定提供数据支撑。

重金属Cr(Ⅵ)新型光催化还原方法研究

铬在废水中常以Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)存在,而当Cr(Ⅵ)的浓度达到一定程度时,会对生物造成强致畸、致癌、致突变的作用,本研究旨在通过光催化新技术还原Cr(Ⅵ)。采用三聚氰胺为实验原料,高温灼烧的方法获得氮化碳(g-C_(3)N_(4)),通过对比紫外(UV)/HCOOH、UV/g-C_(3)N_(4)、UV/g-C_(3)N_(4)/HCOOH三种反应体系对Cr(Ⅵ)的还原效率,探究g-C_(3)N_(4)在光催化还原过程中的作用。首先采用X射线衍射实验(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成的g-C_(3)N_(4)的表面性质进行研究;然后探究四种影响因素对实验结果的影响,包括pH、HCOONa投加量、污染物Cr(Ⅵ)浓度、水中常见阴离子(HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Cl^(-));接着通过甲基紫精淬灭实验探究g-C_(3)N_(4)还原Cr(Ⅵ)的反应机理。结果表明:在pH=3,g-C_(3)N_(4)浓度6.5 mmol/L,HCOONa浓度10 mmol/L,Cr(Ⅵ)浓度5 mg/L的条件下,UV/g-C_(3)N_(4)/HCOOH体系在20 min之内对Cr(Ⅵ)的还原率能达到100%;水体中的Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、HCO_(3)^(-)、NO_(3)^(-)这4种主要的阴离子对g-C_(3)N_(4)还原Cr(Ⅵ)的能力产生不同程度的抑制,抑制效果由大到小依次是:HCO_(3)^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-)、Cl^(-)。最终采用甲基紫精淬灭实验对Cr(Ⅵ)的还原机理进行探究,结果发现对还原Cr(Ⅵ)起主要作用的是光生电子,二氧化碳自由基(CO_(2)^(·-))起辅助作用。

诺氟沙星对地下水中反硝化过程的影响:反硝化酶活性的证据

为探究不同初始浓度诺氟沙星对地下水反硝化过程中NO-3-N和NO-2-N降解的影响,选取以乙酸钠为电子供体,硝酸盐为电子受体驯化的反硝化细菌进行厌氧反硝化批实验研究,从反硝化细菌生长特性和反硝化酶活性等方面揭示诺氟沙星对反硝化过程的影响机制.结果表明,浓度为10μg·L^-1和100μg·L^-1的诺氟沙星对反硝化细菌的生长及NO-3-N降解均有抑制作用,100μg·L^-1诺氟沙星对NO-3-N降解的抑制程度更大,抑制率为77.3%;且100μg·L^-1诺氟沙星减少了NO-2-N积累,最大积累量降低了67.9%.诺氟沙星初始浓度大于10μg·L^-1时抑制了硝酸盐还原酶活性,在此过程中,亚硝酸盐还原酶活性在一定程度上有所增强.反硝化酶活性与NO-3-N及NO-2-N降解规律相符.因此,诺氟沙星对反硝化酶活性的控制作用是其影响反硝化过程的主要原因.