杜曉麗,尹子杰,陳夢(mèng)瑤,于振亞

徑流溶解性有機(jī)物對(duì)生物滯留介質(zhì)去除Cu2+和Pb2+的影響

杜曉麗1,2*,尹子杰1,陳夢(mèng)瑤1,于振亞1

(1.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院,城市雨水系統(tǒng)與水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100044；2.北京建筑大學(xué),未來(lái)城市設(shè)計(jì)高精尖創(chuàng)新中心,北京 100044)

分別以惰性介質(zhì)(土、砂)和強(qiáng)化介質(zhì)(給水廠污泥、鐵錳復(fù)合氧化物)為研究對(duì)象,考察道路徑流溶解性有機(jī)物(DOM)存在對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+過(guò)程的影響,并揭示其主要響應(yīng)組分及作用機(jī)制.結(jié)果表明,徑流DOM、DOM各分子量組分和各化學(xué)組分均可抑制惰性生物滯留介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附去除,促進(jìn)強(qiáng)化生物滯留介質(zhì)對(duì)兩者的吸附去除; 其中,徑流DOM中<1kDa分子量組分和親水性組分對(duì)惰性介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+的抑制作用最明顯、對(duì)強(qiáng)化介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+的促進(jìn)作用也最明顯, 是影響生物滯留介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附過(guò)程的關(guān)鍵DOM組分.<1kDa分子量組分存在使砂介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附量減少了62.96%和83.70%,使鐵錳復(fù)合氧化物介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量增加了81.16%和4.67%;親水性組分存在使土介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附量最高減少了41.43%和69.12%,使給水廠污泥介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附量最高增加了32.35%和39.06%.

溶解性有機(jī)物；重金屬；生物滯留介質(zhì)；雨水徑流

生物滯留系統(tǒng)是常設(shè)置于路邊綠化隔離帶用于收集處理道路雨水徑流的低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)之一,近年來(lái)對(duì)其徑流重金屬截留功能最大化的研究漸成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn).由于介質(zhì)吸附是生物滯留系統(tǒng)中雨水徑流溶解態(tài)重金屬被去除的主要途徑[1],因此各種介質(zhì)的探索應(yīng)用也日益增多.研究表明,常規(guī)生物滯留介質(zhì)砂、沸石、土壤對(duì)Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+的吸附去除效果可達(dá)90 %以上[2],污泥、堆肥和椰殼等新型介質(zhì)吸附去除效果也可達(dá)到70 %以上[3].但是,目前的研究多集中于不同生物滯留介質(zhì)應(yīng)用時(shí)對(duì)徑流重金屬的凈化效果,忽視了雨水徑流中溶解性有機(jī)物(DOM)對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附重金屬過(guò)程的影響,難以為不同生物滯留介質(zhì)應(yīng)用時(shí)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供有效的理論支持.

研究表明,道路徑流DOM含有大量羥基、羧基等活性基團(tuán)[4],是一種活性極高的復(fù)雜有機(jī)物,能作為配位體與溶解態(tài)重金屬結(jié)合[5-7],影響重金屬離子在生物滯留介質(zhì)界面的吸附解吸,進(jìn)而改變生物滯留系統(tǒng)對(duì)重金屬的去除效果.截至目前,關(guān)于雨水徑流DOM對(duì)不同類型生物滯留介質(zhì)吸附重金屬過(guò)程的影響還鮮有報(bào)道,多數(shù)研究集中于其他來(lái)源DOM與重金屬絡(luò)合后對(duì)重金屬遷移、生物有效性等造成的影響.研究表明,河流和土壤中DOM均可與重金屬絡(luò)合,形成DOM-重金屬絡(luò)合物,降低重金屬生物有效性,提高重金屬遷移能力[8-10].此外,DOM還會(huì)與重金屬離子競(jìng)爭(zhēng)土壤介質(zhì)中吸附位點(diǎn),從而降低土壤對(duì)重金屬的吸附效果,進(jìn)一步導(dǎo)致土壤重金屬活性增加[11].因此,針對(duì)道路徑流DOM和重金屬協(xié)同存在特性,開(kāi)展徑流DOM對(duì)不同生物滯留介質(zhì)吸附去除重金屬過(guò)程的影響研究是非常必要的.

本文前期研究已對(duì)城市地表雨水徑流DOM污染及其與重金屬的結(jié)合作用進(jìn)行了系統(tǒng)研究[5, 12],發(fā)現(xiàn)道路雨水徑流DOM污染較為嚴(yán)重,且可與Cu2+、Pb2+和Cd2+發(fā)生絡(luò)合作用,產(chǎn)生協(xié)同污染.在前期研究的基礎(chǔ)上,篩選徑流污染較嚴(yán)重的重金屬Cu2+和Pb2+作為目標(biāo)污染物[13],深入考察徑流DOM協(xié)同作用對(duì)不同生物滯留介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+過(guò)程的影響,并探討其響應(yīng)機(jī)制,以期為不同類型生物滯留介質(zhì)的篩選應(yīng)用及正確評(píng)估生物滯留系統(tǒng)對(duì)徑流重金屬的控制效果提供支撐.

1 材料與方法

1.1 雨水徑流DOM采集與提取

2019年3月20日于北京市西城區(qū)展覽館路與車公莊大街交匯十字路口附近雨水篦處用棕色玻璃瓶采集雨水徑流5L.隨后將采集樣品運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室,并用經(jīng)過(guò)450℃灼燒后的0.45μm玻璃纖維濾膜進(jìn)行過(guò)濾,過(guò)濾后樣品置于棕色樣品瓶中于4℃保存?zhèn)溆?

1.1.1 DOM超濾分級(jí) 在濃縮模式下,通過(guò)Amicon Stirred Cell Model 8200型攪拌式超濾裝置(Merck Millipore,德國(guó))對(duì)過(guò)0.45 μm濾膜預(yù)處理后的水樣進(jìn)行多級(jí)超濾分離,使其先后通過(guò)分子量為30kDa(3nm)、10kDa(2.5nm)和1kDa(1nm)的再生纖維膜.過(guò)濾時(shí),超濾裝置充入不同壓力的高純氮?dú)?0.4～2.7kgf/cm2),并在濾膜上方持續(xù)攪拌,以減少膜上的濃度效應(yīng)[14],直到濾前水量和未過(guò)膜水量體積比為6:1時(shí),超濾停止.采用multi N/C 3100型總有機(jī)碳分析儀(Jena,德國(guó))測(cè)定DOM不同分子量組分溶解性有機(jī)碳濃度(DOC).

1.1.2 DOM樹(shù)脂分級(jí) 參考DOM樹(shù)脂分級(jí)方法[15],采用XAD-8樹(shù)脂、強(qiáng)酸性大孔陽(yáng)離子交換樹(shù)脂MSC-H和陰離子交換樹(shù)脂IRA-958串聯(lián)過(guò)濾過(guò)0.45μm濾膜后水樣,將DOM分為親水酸性組分(HiA)、親水堿性組分(HiB)、親水中性組分(HiN)、疏水酸性組分(HoA)、疏水堿性組分(HoB)和疏水中性組分(HoN).同樣,采用multi N/C 3100型總有機(jī)碳分析儀(Jena,德國(guó))測(cè)定得到的DOM不同化學(xué)組分DOC濃度.

1.2 生物滯留介質(zhì)采集及制備

于北京建筑大學(xué)校園內(nèi)采集常用的惰性生物滯留介質(zhì):土(過(guò)2mm篩)和砂(1～2mm)清洗干凈,在恒溫鼓風(fēng)干燥箱于60℃烘干2h后,放入馬弗爐中于600℃灼燒2h,冷卻后保存?zhèn)溆?于北京市水源三廠采集混凝沉淀環(huán)節(jié)產(chǎn)生的沉淀物——給水廠污泥,于105℃烘箱中烘干至恒重,研磨、過(guò)篩(篩網(wǎng)規(guī)格: 100μm)后置于坩堝中放入馬弗爐,400℃預(yù)熱30min, 600℃灼燒2h,冷卻后保存?zhèn)溆?采用共還原沉淀法制備鐵錳復(fù)合氧化物[16],制備結(jié)束后在60℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱烘干后備用.

1.3 徑流DOM及各組分對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+過(guò)程的影響

分別稱取預(yù)處理后的土(0.5g)、砂(0.5g)、鐵錳復(fù)合氧化物(0.1g)、給水廠污泥(0.1g)加入100mL錐形瓶中,加入40mL濃度為2mg/L Cu2+溶液或3mg/L的Pb2+溶液,隨后均加入2mL經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮后DOC濃度為300mg/L的徑流DOM、不同分子量組分及不同化學(xué)組分樣品,使溶液中DOC濃度為15mg/L左右,并調(diào)節(jié)溶液pH為6.另取相同質(zhì)量的各生物滯留介質(zhì)若干份于100mL錐形瓶中,分別加入40mL濃度為2mg/L Cu2+溶液、3mg/L Pb2+溶液、稀釋至DOC濃度為15mg/L的徑流DOM、DOM分級(jí)后各組分樣品,隨后各錐形瓶中均加入2mL去離子水,并調(diào)節(jié)溶液pH為6,同時(shí)進(jìn)行吸附反應(yīng)作為對(duì)照.在避光條件下,將密封后的錐形瓶放入恒溫振蕩器(25℃,120r/min)振蕩反應(yīng)24h后,取上清液使用0.45μm濾膜過(guò)濾,再通過(guò)Z-2010型原子吸收分光光度計(jì)(日立,日本)來(lái)測(cè)定溶液中剩余的Cu2+和Pb2+濃度,用multi N/C 3100型總有機(jī)碳分析儀(Jena,德國(guó))測(cè)定溶液中剩余DOC濃度.

1.4 數(shù)據(jù)分析

DOC分析測(cè)試過(guò)程中,每測(cè)試5個(gè)樣品采用標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)儀器進(jìn)行校正,相對(duì)誤差控制在85% ～115%,每個(gè)樣品測(cè)試3次,采用Origin2016完成數(shù)據(jù)的分析與數(shù)據(jù)圖的繪制.

2 結(jié)果與討論

2.1 徑流DOM對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+過(guò)程的影響

圖1 徑流DOM對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附重金屬的影響

由圖1可見(jiàn),給水廠污泥和鐵錳復(fù)合氧化物兩種介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附量遠(yuǎn)大于土和砂介質(zhì).雨水徑流DOM與重金屬離子結(jié)合對(duì)介質(zhì)吸附重金屬具有一定的影響;DOM與重金屬結(jié)合可抑制惰性介質(zhì)(土和砂)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附,Cu2+和Pb2+的吸附量分別衰減7.14%～10.00%和5.88%～66.67%,促進(jìn)強(qiáng)化介質(zhì)(給水廠污泥和鐵錳復(fù)合氧化物)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附,Cu2+和Pb2+的吸附量分別增加7.35%～ 39.29%和2.56%～12.50%.

據(jù)報(bào)道,當(dāng)DOM、重金屬和吸附介質(zhì)共存時(shí), DOM不僅可與某些重金屬發(fā)生絡(luò)合,還可被介質(zhì)優(yōu)先吸附去除;因此DOM可作為介質(zhì)與重金屬之間的橋梁,增加介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附量[17-18].當(dāng)采用強(qiáng)化介質(zhì)(給水廠污泥和鐵錳復(fù)合氧化物)吸附Cu2+和Pb2+時(shí),由于DOM-Cu和DOM-Pb的絡(luò)合常數(shù)較大[5],強(qiáng)化介質(zhì)在優(yōu)先吸附徑流DOM的同時(shí),還可通過(guò)DOM的絡(luò)合架橋作用同步去除溶液中的Cu2+和Pb2+,致使徑流DOM介入促進(jìn)了給水廠污泥和鐵錳復(fù)合氧化物對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附.反之,當(dāng)惰性介質(zhì)(土和砂)吸附Cu2+和Pb2+時(shí),惰性介質(zhì)對(duì)徑流DOM和重金屬的吸附效果都很差、吸附力不足,且徑流DOM與重金屬的絡(luò)合力大于惰性介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附力,導(dǎo)致Cu2+和Pb2+會(huì)優(yōu)先與DOM絡(luò)合,從而使得其被惰性介質(zhì)的吸附量減少,表現(xiàn)為徑流DOM存在抑制了惰性介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附去除.

2.2 徑流DOM物理組分對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+過(guò)程的影響

由圖2可見(jiàn),雨水徑流DOM不同分子量組分均抑制了惰性介質(zhì)(土、砂)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附,且惰性介質(zhì)對(duì)徑流DOM各物理組分的吸附去除效果很差.由于徑流DOM各分子量組分與Cu2+、Pb2+的絡(luò)合力均大于惰性介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附力,使得DOM各分子量組分介入時(shí)Cu2+、Pb2+被惰性介質(zhì)的吸附量減少.徑流DOM中<1kDa組分對(duì)惰性介質(zhì)吸附Cu2+、Pb2+的抑制作用最明顯,該DOM組分使得土介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量減少25.98%和18.79%,砂介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量減少62.96%和83.70%;這是由于<1kDa DOM組分和Cu2+、Pb2+絡(luò)合作用高于其他分子量組分所致[5].

圖2 徑流DOM不同分子量組分對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附重金屬的影響

反之,徑流DOM不同分子量組分均會(huì)促進(jìn)強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附去除,其中<1kDa組分的促進(jìn)作用最明顯,該DOM組分存在使給水廠污泥介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量增加了17.19%和12.27%,鐵錳復(fù)合氧化物介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量增加了81.16%和4.67%;其次為1～10kDa和30kDa～0.45μm組分,10～30kDa組分促進(jìn)作用最差.前期研究表明,分子量越小,徑流DOM組分與重金屬的絡(luò)合常數(shù)越大;徑流DOM組分與Cu2+和Pb2+之間的絡(luò)合作用由強(qiáng)到弱依次為:<1kDa、1～10kDa、10～30kDa和30kDa～0.45μm,其中10～30kDa和30kDa～0.45μm組分與重金屬的絡(luò)合系數(shù)相差不大[5].且由圖2可見(jiàn),強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)<1kDa、1～10kDa和30kDa～0.45μm 3種DOM組分吸附能力相差不大且吸附量不高,各組分并未被優(yōu)先吸附完全占據(jù)吸附位點(diǎn),不僅為Cu2+和Pb2+的吸附提供了吸附位點(diǎn),還可通過(guò)被吸附的DOM組分形成架橋作用攜帶同步去除重金屬,致使對(duì)Cu2+、Pb2+促進(jìn)吸附能力增加[19];且DOM組分與Cu2+、Pd2+的絡(luò)合常數(shù)越大,其通過(guò)架橋作用攜帶去除的量越多,因此<1kDa組分對(duì)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+、Pd2+的促進(jìn)作用最明顯.此外,由于強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)10～ 30kDa組分吸附效果最好,DOC去除率可達(dá)40%以上,說(shuō)明該組分優(yōu)先占據(jù)吸附位點(diǎn)減少了強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+、Pb2+的吸附,最終導(dǎo)致10～30kDa組分介入時(shí)強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+、Pb2+的吸附促進(jìn)作用較弱.

2.3 徑流DOM化學(xué)組分對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+的影響

由圖3可見(jiàn),雨水徑流DOM各化學(xué)組分均抑制了惰性介質(zhì)(土、砂)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附,且惰性介質(zhì)對(duì)徑流DOM各化學(xué)組分的吸附去除效果很差.其中親水性組分抑制作用更明顯,親水性組分存在使得土介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量減少31.43%～41.43%和45.59%～69.12%、砂介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量減少40.00%～55.00%和36.67%～56.67%;抑制作用最弱的為疏水性組分HoN和HoA.由于徑流DOM各化學(xué)組分與Cu2+和Pb2+的絡(luò)合力大于介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附力,導(dǎo)致DOM各化學(xué)組分介入時(shí)惰性介質(zhì)吸附重金屬量減少.同時(shí),由于DOM親水性組分更易于重金屬結(jié)合,而疏水性組分與重金屬的絡(luò)合能力較差,特別是HoN和HoA組分[20-22],因此DOM親水性組分對(duì)惰性介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+的抑制作用較明顯,而HoN和HoA疏水性組分抑制作用較弱.

反之,徑流DOM各化學(xué)組分均促進(jìn)了強(qiáng)化生物滯留介質(zhì)(給水廠污泥和鐵錳復(fù)合氧化物)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附;親水性組分的促進(jìn)作用更強(qiáng),親水性組分存在使得給水廠污泥介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量增加了20.59%～32.35%和25.00%～39.06%、鐵錳復(fù)合氧化物介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+吸附量增加37.86%～61.79%和3.33%～12.00%. DOM疏水性組分促進(jìn)作用較弱,其中HoA促進(jìn)作用最弱.由圖3可見(jiàn),強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)DOM親水性組分吸附能力相差不大且吸附量不高,親水性組分未被優(yōu)先吸附完全占據(jù)吸附位點(diǎn),為Cu2+和Pb2+的吸附提供了吸附位點(diǎn);同時(shí),由于親水性組分與Cu2+、Pb2+間較強(qiáng)的絡(luò)合使得其形成架橋作用攜帶同步去除更多的重金屬,致使DOM親水性組分對(duì)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+、Pb2+能力促進(jìn)作用較強(qiáng);同理,由于強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)HoA組分吸附效果最好,DOC去除率可達(dá)40%～50%,該組分優(yōu)先占據(jù)強(qiáng)化介質(zhì)表面的吸附位點(diǎn)的同時(shí),與重金屬絡(luò)合能力較差,減少了強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+、Pb2+的吸附,最終導(dǎo)致HoA組分對(duì)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+、Pb2+的促進(jìn)作用較弱.

圖3 徑流DOM化學(xué)組分對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附重金屬的影響

2.4 徑流DOM對(duì)生物滯留介質(zhì)吸附Cu2+、Pb2+過(guò)程的影響機(jī)制

結(jié)合徑流DOM及其與重金屬結(jié)合特性研究結(jié)論[5,12],根據(jù)徑流DOM、不同分子量組分和不同化學(xué)組分對(duì)惰性介質(zhì)和強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+、Pb2+的影響結(jié)果,得知雨水徑流DOM對(duì)不同類型生物滯留介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+影響機(jī)理如圖4所示.由圖4可見(jiàn),徑流DOM及其各組分對(duì)不同類型生物滯留介質(zhì)吸附去除Cu2+和Pb2+的影響并不一致.當(dāng)生物滯留系統(tǒng)采用惰性介質(zhì)時(shí),由于徑流DOM與Cu2+、Pb2+等重金屬的絡(luò)合力大于介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附力,且徑流DOM與重金屬在介質(zhì)表面活性位點(diǎn)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,使得徑流DOM存在削弱了惰性介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附去除.當(dāng)生物滯留系統(tǒng)采用強(qiáng)化介質(zhì)時(shí),強(qiáng)化介質(zhì)不僅能吸附去除重金屬,還在吸附徑流DOM的同時(shí)利用DOM的絡(luò)合架橋作用進(jìn)一步提高徑流重金屬的去除,在吸附力和絡(luò)合力的共同作用下,實(shí)現(xiàn)了生物滯留系統(tǒng)對(duì)徑流重金屬的控制.因此,生物滯留系統(tǒng)中僅使用常見(jiàn)土、砂、礫石等惰性介質(zhì)不僅難以實(shí)現(xiàn)徑流重金屬控制,還可能因徑流DOM存在使得出流中重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)增加;故在交通密度較大的道路兩側(cè)和停車場(chǎng)等徑流重金屬含量較高區(qū)域的生物滯留設(shè)施中應(yīng)增加強(qiáng)化生物滯留介質(zhì),以更好地實(shí)現(xiàn)徑流重金屬的控制.

前期對(duì)徑流DOM不同分子量組分和化學(xué)組分特性研究可知,徑流DOM可分為高分子量疏水組分和低分子量親水組分[23-24].與DOM其他組分相比,<1kDa組分和親水性組分,即低分子量親水組分,在抑制惰性介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+和促進(jìn)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+過(guò)程中均發(fā)揮主要作用.這是由于低分子量親水組分易于與Cu2+、Pb2+發(fā)生絡(luò)合,在介質(zhì)表面吸附位點(diǎn)較少時(shí)和Cu2+、Pb2+形成絡(luò)合物致不易被惰性介質(zhì)吸附,而在介質(zhì)表面吸附位點(diǎn)較多時(shí)可作為橋梁分別與介質(zhì)和Cu2+、Pb2+結(jié)合增加了強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附量.

圖4 雨水徑流DOM對(duì)不同類型生物滯留介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+影響機(jī)理

圖5 雨水徑流DOM與Cu2+、Pb2+共存時(shí)強(qiáng)化介質(zhì)表面的反應(yīng)

因此,當(dāng)徑流DOM與重金屬共存時(shí),強(qiáng)化介質(zhì)表面同時(shí)發(fā)生著介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附、介質(zhì)對(duì)DOM的吸附及DOM對(duì)重金屬的架橋作用.具體來(lái)說(shuō),強(qiáng)化介質(zhì)(給水廠污泥、鐵錳復(fù)合氧化物)可通過(guò)表面絡(luò)合、靜電吸引和羥基取代反應(yīng)吸附雨水徑流中Cu2+和Pb2+[25-26];強(qiáng)化介質(zhì)又可通過(guò)羥基取代和靜電吸引去除雨水徑流DOM[27-28];而徑流DOM組分可通過(guò)羧基取代和羥基取代作用與游離Cu2+和Pb2+形成絡(luò)合物進(jìn)而起到搭橋作用[5],如圖5所示.

3 結(jié)論

3.1 強(qiáng)化生物滯留介質(zhì)(給水廠污泥、鐵錳復(fù)合氧化物)對(duì)雨水徑流DOM、Cu2+和Pb2+的吸附去除效果遠(yuǎn)高于惰性介質(zhì)(土、砂).其中,強(qiáng)化生物滯留介質(zhì)對(duì)徑流DOM中10～30kDa組分及疏水性組分的吸附去除效果最好,特別是HoA組分.

3.2 徑流DOM不同分子量組分和不同化學(xué)組分均可抑制惰性介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附、促進(jìn)強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+和Pb2+的吸附,其中<1kDa組分和親水性組分對(duì)惰性介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+的抑制作用最明顯、對(duì)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+的促進(jìn)作用最強(qiáng).

3.3 徑流DOM與Cu2+、Pb2+絡(luò)合作用使徑流DOM與重金屬間絡(luò)合力大于惰性介質(zhì)對(duì)重金屬的吸附力,造成徑流DOM存在時(shí)惰性介質(zhì)對(duì)Cu2+、Pb2+吸附量減少;而徑流DOM與Cu2+、Pb2+絡(luò)合力和強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)DOM、Cu2+和Pb2+的吸附力共作用造成徑流DOM存在時(shí)強(qiáng)化介質(zhì)對(duì)Cu2+、Pb2+吸附量增加.且徑流DOM中低分子量親水組分在抑制惰性介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+及促進(jìn)強(qiáng)化介質(zhì)吸附Cu2+和Pb2+過(guò)程中均發(fā)揮主要作用.

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Effect of dissolved organic matter in runoff on the removal of Cu2+and Pb2+by bioretention medium.

DU Xiao-li1,2*, YIN Zi-jie1, CHEN Meng-yao1, YU Zhen-ya1

(1.Key Laboratory of Urban Stormwater System and Water Environment, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China；2.Beijing Advanced Innovation Center for Future Urban Design, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China)., 2021,41(9)：4142～4148

The effect of dissolved organic matter (DOM) in the road runoff on the removal of Cu2+and Pb2+by inert medium (soil and sand) and enhanced medium (sludge from drink water purification plant, iron-manganese binary oxides) were investigated respectively, and the major response DOM fractions and mechanisms were also detected. The results showed that runoff DOM, different DOM molecular weight fractions and chemical fractions could inhibit the removal of Cu2+and Pb2+by inert medium and promote the adsorption of them by enhanced medium. The DOM fractions with <1kDa molecular weight and hydrophilic fractions had the most obvious inhibitory effect or promotion effect on the adsorption of Cu2+and Pb2+by inert medium or enhanced medium, respectively, indicating these two DOM fractions were the key componentsaffecting the adsorption of Cu2+and Pb2+by bioretention medium. The existence of DOM fractions with <1kDa molecular weight reduced the adsorption capacity of Cu2+and Pb2+by sand medium by 62.96% and 83.70%, and increased the adsorption capacity of Cu2+and Pb2+by iron-manganese binary oxides medium by maximum 81.16% and 4.67%, respectively. The existence of hydrophilic fractions reduced the adsorption capacity of Cu2+and Pb2+by soil medium by 41.43% and 69.12%, and increased the adsorption capacity of Cu2+and Pb2+by sludge from drink water purification plant by maximum 32.35% and 39.06%, respectively.

dissolved organic matter；heavy metal；bioretention medium；runoff

X52

A

1000-6923(2021)09-4142-07

杜曉麗(1980-),女,山東高密人,教授,博士,主要從事城市雨洪控制利用理論與技術(shù)、水污染控制與水質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)等研究.發(fā)表論文40余篇.

2021-01-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51878024);北京市優(yōu)秀人才培養(yǎng)資助-青年拔尖人才資助項(xiàng)目;北京建筑大學(xué)金字塔人才培養(yǎng)工程(JDJQ20200302);北京建筑大學(xué)科學(xué)研究基金資助項(xiàng)目(X20148)

* 責(zé)任作者, 教授, duxiaoli@bucea.edu.cn