典型重金属和有机氯农药在水环境多相体系中的共吸附过程中的交互作用机理

This project will mainly study the mechanisms of interactions between heavy metals (lead, cadmium, copper, chromium and arsenic) and organochlorine pesticides (sodium pentachlorophenol, lindane and DDT) when they are adsorbed by three different solid substances and their dominant chemical components in aquatic heterogeneous systems (aqueous phase; solid phases： biofilms, suspended particles and surface sediments). Firstly, interactions between coexisting heavy metals and organochlorine pesticides on the sorption by three different solid materials and their dominant chemical components in natural aquatic environment will be investigated. The distribution of heavy metals and organochlorine pesticides in these chemical components will be analyzed. Secondly, the difference of dynamic transport between coexisting pollutants and single pollutant among different phases or different components in aquatic multi-phase systems with the change of external factors will be observed. Finally, microscopic information associated with spatial distribution features of pollutants and aquatic heterogeneous systems before and after the adsorption process of coexisting pollutants and single pollutant will be gained using some microscopic experimental techniques, such as synchrotron radiation. The relative difference will be analyzed. Based on the above studies, the mechanisms of interactions between heavy metals and organochlorine pesticides when they are adsorbed by solid substances and their dominant chemical components in aquatic heterogeneous systems will be discussed. Results of this project will give a new insight into the transport and transformation of heavy metals and organochlorine pesticides in aquatic environment.

本研究以铅、镉、铜、铬和砷等重金属和以五氯酚钠、林丹和滴滴涕为代表的有机氯农药在水环境多相体系（水相；生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物等固相及各固相主要化学组分）中发生的吸附作用过程中的交互作用及相关机理为研究对象，具体研究内容包括：研究共存重金属-有机氯农药在被水环境多种固相物质及其主要化学组分吸附过程中所发生的交互作用；考查共存污染物在各固相物质主要化学组分上的分布规律；研究共存污染物与单一污染物在水环境多相共存体系中随外界条件改变时在各相间及各相内的动态迁移变化规律，分析两者的差异；辅以同步辐射等多种仪器分析手段获取共存污染物与单一污染物在吸附作用前后污染物与水环境多相体系在空间分布特征等方面的微观信息，对相关差异进行分析。通过上述研究探讨重金属和有机氯农药在水环境多相体系中的共吸附过程中的交互作用机理。本研究结果将对深入了解重金属和有机氯农药在水环境中的迁移转化行为具有重要意义。

本研究以铅、镉、铜、铬和砷为代表的重金属和以五氯酚、林丹和滴滴涕为代表的有机氯农药在水环境多相体系（水相，生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物等固相）中发生的吸附作用过程中的交互作用及机制为研究对象。通过对共存重金属-有机氯农药在生物膜、悬浮颗粒物和表层沉积物上的吸附行为研究，确定了共存污染物在水环境多相体系中的吸附特征；通过研究环境因素对单一污染物和共存污染物吸附特征的影响，确定了两者的吸附特征差异；通过对固相物质主要化学组分的萃取分离，研究并确定了主要组分对共存污染物的吸附贡献，探讨了相关作用机制；通过对具有生物活性特征的固相物质（生物膜）与金属和有机物两类污染物的相互作用研究，初步探讨了水中固相物质的生物活性对有机和无机污染物的作用效应。研究结果表明，在天然水环境条件下，常以金属阳离子形态存在的重金属（铅、镉和铜）倾向于促进三种固相物质对非极性分子态有机氯农药（滴滴涕和林丹）的吸附，而常以阴离子酸根形态存在的重金属（铬和砷）倾向于抑制三种固相物质对非极性分子态有机氯农药的吸附；而无论何种形态存在的重金属在天然水环境条件下均具有抑制生物膜吸附极性可离子化有机氯农药（五氯酚）的倾向。相应地，有机氯农药对固相物质吸附重金属也存在着促进吸附或抑制吸附的不同特征。这其中涉及的作用机制包括：共存污染物对固相物质上吸附点位的直接竞争；共存污染物对固相物质组分结构（特别是有机组分的紧密和松散结构）的间接影响而导致的吸附特征变化等。共存污染物在水中固相物质上吸附过程的交互作用表观上可能是以一种（拮抗或协同）为主，而涉及的作用机制是多样的。共存污染物的种类、浓度、形态及理化特征，水中固相物质的种类、理化及生物特征以及发生作用时所处的水环境条件都能对这种交互作用产生影响。该项目研究结果对深入认识两类污染物在水环境中的迁移转化行为，帮助人们开展有针对性的污染控制和水环境管理具有参考价值和科学意义。

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