溶解有机质对人工湿地基质中多环芳烃吸附-解吸过程及生物有效性的调控机制

针对人工湿地(CWs)处理尾水中多环芳烃(PAHs)残留的生态风险问题，研究人员系统探究了溶解有机质(DOM)对PAHs在陶粒/砾石基质中吸附-解吸行为及生物有效性的影响。发现DOM通过竞争吸附和π-π堆叠作用抑制PAHs吸附(p < 0.05)，促进解吸(FA效果最显著)，且能通过改变PAHs溶解度提升其生物有效性，为评估CW系统生态风险提供理论依据。

　　

多环芳烃(PAHs)作为具有致癌、致畸效应的持久性污染物，在污水处理厂尾水中普遍存在，浓度可达13-144 μg L^?1
。传统污水处理工艺难以彻底去除PAHs，导致超过14%的PAHs通过尾水进入环境。人工湿地(CWs)虽能通过基质吸附有效截留PAHs，但吸附态PAHs可能因环境变化重新释放，形成"二次污染源"。更复杂的是，湿地系统中广泛存在的溶解有机质(DOM)可能通过改变PAHs的环境行为影响其归趋，但目前DOM对PAHs在CW基质中迁移转化及生物有效性的调控机制尚不明确。

为解决这一科学问题，山东师范大学等机构的研究团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表研究，选取美国EPA优先控制污染物苯并(k)荧蒽(BkF)为PAHs代表，结合DOM典型组分(富里酸FA、酪氨酸Tyr及植物浸出液DLS)，通过批次吸附实验、三维荧光光谱、Tenax提取等技术，系统解析了DOM对PAHs在陶粒/砾石基质中吸附-解吸动力学及生物有效性的影响机制。

关键方法
研究采用平衡吸附实验分析不同DOM条件下PAHs的吸附特性，通过准二级动力学和Freundlich等温模型拟合吸附过程；利用Tenax连续提取法评估PAHs生物有效性；结合荧光猝灭滴定和红外光谱揭示DOM-PAHs相互作用机制；采用HPLC-MS测定PAHs浓度，所有实验设置三个平行样。

研究结果

CW substrate adsorption for PAHs
PAHs在陶粒和砾石上的吸附均呈现快速(3小时达80%)和慢速(8小时平衡)两阶段，准二级动力学模型拟合优度最高(R²

0.99)。陶粒因更大比表面积和孔隙度，PAHs吸附量显著高于砾石。DOM存在时，吸附量随DOM浓度(0-300 mg L^?1
)升高而降低，抑制效应表现为FA > DLS > Tyr，这与DOM分子中羧基/羟基的竞争吸附及π-π堆叠作用相关。

Environmental factors affecting adsorption
温度升高(15-35°C)促进PAHs解吸，尤其在含DOM系统中；pH 5时吸附量最大，碱性条件下DOM羧基质子化减弱导致竞争吸附增强；离子强度增加(NaCl 0-0.1 mol L^?1
)通过压缩双电层促进吸附，但DOM存在时该效应被削弱。

DOM effects on PAH bioavailability
Tenax提取显示，DOM使PAHs生物有效态比例提升12-35%，砾石系统更显著。机理分析表明：DOM-PAHs结合形成可溶性复合物；DOM电子转移能力增强微生物对PAHs的降解；FA促进PAHs跨膜运输，使大型溞对PAHs的富集量增加66%。

结论与意义
该研究首次阐明DOM通过竞争吸附和π-π作用调控PAHs在CW基质中的吸附-解吸平衡，并揭示DOM增强PAHs生物有效性的三重机制。特别值得注意的是，FA对PAHs解吸的促进效应及生物有效性提升最为显著，这可能通过食物链放大PAHs的生态风险。研究成果为CW系统优化设计提供重要依据：建议选用陶粒基质、控制pH近中性、定期清理枯萎植物以减少DOM释放，从而保障尾水回用的生态安全性。