有机改良剂降低沉积物中氟乐灵生物有效性的能力评估及其修复策略研究

为解决持久性除草剂氟乐灵(TFL)在污染沉积物中的生物有效性及修复难题，研究人员系统评估了XAD-4树脂、β-环糊精等提取剂的解吸效能，并探究了活性炭(AC)、生物炭(BC)和堆肥(CO)的固定化效果。结果表明：XAD-4在8小时内实现>95%解吸效率，0.5% AC使TFL生物有效性从67.1%降至<10 μg/kg；厌氧条件下2周内TFL近完全降解。该研究为有机污染物原位修复提供了创新性技术方案。

　　

氟乐灵(TFL)作为二硝基苯胺类除草剂，自1960年代广泛使用后因其高疏水性、低水溶性和强有机质亲和力，在沉积物中长期滞留，被欧盟列为优先有害物质。其半衰期从光照条件下的几分钟到厌氧环境中的数月不等，对鱼类具有亚ppm级急性毒性，还可能引发内分泌干扰。传统风险评估依赖总浓度测量，往往高估风险，而生物有效性分数——由解吸动力学决定——才是驱动毒性和迁移的关键因素。如何准确评估TFL生物有效性并开发高效修复策略，成为环境领域亟待解决的难题。

为回答这些问题，Jelena Beljin团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》发表研究，通过多步解吸实验筛选最优提取剂，建立动力学模型解析TFL解吸行为，并系统比较AC、BC和CO三种碳基改良剂的固定化效果。研究采用来自塞尔维亚Jegri?ka河的沉积物样本，经两年老化后开展实验。关键技术包括：XAD-4树脂多步解吸法测定生物有效性分数；两室动力学模型拟合解吸参数；好氧/厌氧微生物降解体系评估生物转化潜力；以及玉米(Zea mays)发芽实验验证植物修复可行性。

物理化学表征

沉积物有机质含量达16.0±0.23%，黏土含量31.6±0.21%，83%颗粒<63 μm，以中孔结构为主。这种高有机质-黏土组合为污染物络合提供了理想条件。

生物有效性评估

XAD-4树脂在144小时内解吸96.0% TFL，显著优于Tenax(72%)和环糊精(HPCD仅34.4%)。两室模型显示XAD-4的快速解吸分数(F_fast)达69.4%，速率常数(k_fast)0.102 h^-1。单步解吸验证表明，8小时接触即可获得与多步实验相当的效率，为快速检测建立标准。

降解动力学

好氧条件下3周内最大降解率60%(接种I-1菌群)，而厌氧体系10周内实现近完全降解。这种差异归因于厌氧微生物特有的代谢途径，如Arthrobacter aurescens CTFL7与甲基化环糊精联用可使DT₅₀缩短至19天。

固定化效果

AC在0.5%添加量下90天内将TFL生物有效性降至<10 μg/kg，BC和CO需更高剂量(5-10%)但成本更低。植物实验显示玉米对TFL耐受性最佳(100%发芽率)，而CO改良组因其肥料效应使生物量提升23%。

经济可行性

AC虽效果最优但成本高昂(97 MJ/kg能耗)，BC(￡148-389/吨)和CO(本地化生产)更适大规模应用。场试验证表明，10%堆肥添加可使生态风险商(HQ)降至1.0以下。

该研究创新性地整合化学提取、微生物降解和碳材料固定化技术，首次系统比较AC、BC和CO对TFL的长期固定效果。发现厌氧降解比好氧效率高40%，为沉积物修复提供新思路；证实0.5% AC即可实现>90%有效性降低，突破传统修复剂量限制。实践意义在于：建立XAD-4作为TFL生物有效性评估金标准；验证玉米在植物修复中的应用潜力；为发展中国家提供堆肥修复的低成本方案。未来研究可结合生物传感器实时监测，并探索BC-PGPB(植物促生菌)复合材料的协同效应。