废水输入和水文变异性决定流域尺度上多氯代二苯并-p-二噁英和二苯并呋喃类免疫反应活性的输移

《Environmental Pollution》：Wastewater inputs and hydrological variability shape catchment-scale transport of polychlorinated dibenzo- p-dioxin and dibenzofuran-like immunoreactivity

污水厂降低了二噁英/呋喃ELISA-EQ，但处理后的残余排放入河负荷仍然存在。大型污水厂因排放量高，主导了总体负荷。小型污水厂处理后的残余水质浓度更高。河流污染以脉冲方式出现，而非呈现沿下游逐渐递减的梯度。冬季高流量事件驱动了最高的二噁英/呋喃ELISA-EQ输运量。引言河流流域正日益受到城市化、工业、农业和污水排放所带来的多种人为压力的影响。这些压力改变了水文连通性，增强了污染物输运，并降低了水质和生态系统功能。因此，有效的流域管理需要采用能够整合流域范围内污染物来源、污水处理和水文输运过程的方法，而不仅仅依赖浓度测量。在此背景下，污水源污染与其在变化水文条件下的下游输运之间的关系仍未得到充分认识。在众多关注污染物中，多氯代二苯并-p-二噁英和二苯并呋喃（PCDD/Fs）属于持久性有机污染物，具有高毒性、难降解性、长距离输运能力和强生物累积潜力。它们主要来源于工业活动、废物焚烧和不完全燃烧，而大气沉降则进一步促成了其广泛的环?境分布。由于亲脂性，PCDD/Fs优先与悬浮颗粒和沉积物结合，这些物质可能充当环?境储库，并影响其在水文条件变化下的输运。因此，仅测量水相中的浓度可能无法完全反映环?境压力，因为大量污染负荷可能与悬浮物质结合或留存于沉积物中。大量研究报告了PCDD/Fs和其他持久性有机污染物（POPs）在河流、水库和湖泊中的发生及空间分布，表明水生态系统可同时充当点源和面源污染物的受体、输运通道和储存介质。其在沉积物中的空间分布反映了工业、城市和面源输入以及当地水文和沉积条件的共同影响。然而，关于污水处理性能、水力吞吐量与季节水文如何共同影响流域尺度上PCDD/F输运的研究仍然有限，尤其是在中欧和东欧的河流系统中尤为如此。高流量条件可能增强水文连通性和来自流域的输入，而在低流量期间，污水排放可能构成河流流量的很大一部分，从而增加市政污水厂对河水质量的相对影响。对于以二噁英/呋喃ELISA当量（PCDD/F ELISA-EQ）表示的筛查级二噁英/呋喃类免疫反应性，这一知识空白更加突出。此前关于在水生环境中应用二噁英/呋喃ELISA的研究主要集中于地表水、雨污水和与沉积物相关的污染。Urbaniak等人（2016）证明了PCDD/F ELISA-EQ浓度在城市河流、水库和雨污水排放口对降水、融雪和河流流量表现出显著变化，凸显了水文条件在塑造ELISA-EQ模式方面的重要性。基于ELISA的筛查方法也已被应用于沉积物孔隙水，其中PCDD/F ELISA-EQ浓度与沉积物性质和生态毒性进行了关联评价。这些研究证明了ELISA在筛查二噁英/呋喃类污染方面的实用性，但并未在单一流域尺度框架内将污水厂的进水与出水水平、处理性能、基于排放的负荷和下游河流污染联系起来。市政污水厂代表河流流域中相对可控的污染物处理与排放点。尽管常规处理可以显著降低PCDD/F浓度，但它们与悬浮固体和有机质的强关联使残余量仍存在于处理后的出水中，从而对受纳水体形成持续输入。虽然此前已对处理效率进行了研究，但很少有研究在单一流域尺度评估中同时考虑污水厂规模、处理性能、出水排放、季节变化以及下游污染物输运。因此，下游的PCDD/F压力究竟在多大程度上由残余出水浓度、水力吞吐量或盛行水文条件所决定，仍然不清楚。皮利察河流域提供了一个适当的研究系统，因为它包含农业、城市和工业区域、众多市政污水厂以及苏列武夫水库，该水库可能通过稀释、沉积和暂时滞留等过程影响污染物输运。理解这些相互作用对于落实《欧洲水框架指令》（2000/60/EC）和《环境质量标准指令》（2008/105/EC，由2013/39/EU指令修订）也具有重要意义，根据这些指令，PCDD/Fs被归类为需要逐步减少排放和环?境释放的优先危险物质。因此，本研究采用从来源到河流的整合方法，通过连续两个年度监测周期，研究以PCDD/F ELISA-EQ表示的二噁英/呋喃类免疫反应性的发生、处理相关削减和下游输运。本研究在单一流域尺度评估中，将不同规模的市政污水厂的未处理与处理后的污水、纵向河流监测、基于排放的负荷计算以及季节水文变化整合在一起。具体而言，本研究的目的是：（i）量化未处理与处理后污水中的PCDD/F ELISA-EQ浓度和负荷；（ii）评估不同污水厂规模类别和季节之间的处理效率与残余出水负荷；（iii）刻画皮利察河连续体上PCDD/F ELISA-EQ的空间与时间模式；以及（iv）确定污水输入、水力吞吐量和水文变化如何相互作用影响污染物输运。通过将浓度数据与污染负荷和河流水文相结合，本研究为受污水影响流域中二噁英/呋喃类压力提供了更为全面的评估，并有助于识别关键时期和脆弱河段。章节摘录2 研究区域2.1 研究区域本研究在波兰中部的皮利察河流域开展（图1）。皮利察河是维斯瓦河的一条支流，全长342千米，流域面积为9258平方千米。土地利用以农业（超过60%）和森林（31%）为主，城市、工业及其他用地约占9%。该流域包含众多市政污水处理设施、城市和工业中心以及苏列武夫水库，并3 结果3.1 按污水厂规模和季节划分的PCDD/F ELISA-EQ浓度3.1.1 按污水厂规模和季节划分的PCDD/F ELISA-EQ浓度在所有污水厂规模类别中，处理后污水中的PCDD/F ELISA-EQ浓度始终低于未处理污水（图2A）。小型、中型和大型污水厂的未处理平均浓度分别为116.3、108.3和145.9 ng L?1，而处理后的浓度分别为16.4、11.8和10.6 ng L?1。尽管均值和范围存在差异，但污水厂规模对未处理或处理后污水浓度没有显著影响，表明类别内存在相当大的变异性。4 讨论4.1 污水厂的PCDD/F ELISA-EQ削减污水处理大幅降低了PCDD/F ELISA-EQ的浓度和负荷，表明市政污水厂在皮利察河流域中起到重要的控制节点作用。尽管如此，处理后的出水中仍可检测到残余的PCDD/F ELISA-EQ，这表明污水厂可能对受纳水体提供持续的低水平输入。此前在皮利察河流域也报告过类似的残余排放，并与PCDD/Fs在悬浮固体中的持久性有关，5 结论市政污水处理大幅降低了PCDD/F ELISA-EQ的浓度和负荷，表明污水厂在皮利察河流域中充当重要的可控处理屏障。然而，处理后的出水中仍残留有PCDD/F ELISA-EQ。污水厂规模并未显著影响浓度或去除效率，但高处理能力设施因其较大的排放体积而产生了最大的残余负荷。河流污染并未呈现稳定的……CRediT作者贡献声明Marcin Kiedrzynski：论文写作——审稿与编辑，论文写作——初稿，可视化，方法论，调查。Edyta Kiedrzyńska：论文写作——审稿与编辑，论文写作——初稿，可视化，监督，方法论，经费获取，数据整理，概念构思。Dominika Matuszewska：论文写作——审稿与编辑，论文写作——初稿，可视化，方法论，调查，数据整理。Magdalena Urbaniak：论文写作——审稿与编辑，论文写作——初稿，未引用参考文献Urbaniak et al., 2014。利益冲突声明作者声明他们不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能已对本论文所报告的工作产生影响。数据可用性支持本研究结果的数据可根据合理请求向通讯作者索取。资助本研究是Farmikro项目的一部分，完全由波兰国家科学中心资助，Opus 22项目（项目编号：2021/43/B/ST10/01076）。为便于开放获取，作者已对本投稿产生的任何作者接受稿（AAM）版本申请采用知识共享署名（CC BY）公共版权许可。利益冲突声明? 作者声明他们不存在任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能已对本论文所报告的工作产生影响。Magdalena Urbaniak | Edyta Kiedrzyńska | Dominika Matuszewska | Marcin Kiedrzyński