近日，华南师范大学应光国教授、赵建亮研究员团队刘悦弘等人在《Environmental Science & Technology》上发表了题为“Small-Intensity Rainfall Triggers Greater Contamination of Rubber-Derived Chemicals in Road Stormwater Runoff from Various Functional Areas in Megalopolis Cities”的补充封面文章 (DOI: 10.1021/acs.est.3c10737)。
图文摘要
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该研究旨在揭示大湾区道路地表径流中RDCs的时间-浓度变化及其环境风险。在大湾区高速公路、商业区、旅游区、城中村、居民区、工业区、港口区及绿地共八个城市功能区的道路进行了采样，分析了35种目标RDCs的浓度和3小时内的时间变化。结果显示，高速公路上的RDCs总浓度最高，而工业区和港口区的污染水平最低。主要污染物包括6PPD、6PPD-Q、BTH和DPG，浓度范围为ND至228840 ng/L。干旱季节和欠发达地区的RDCs浓度较高。研究还揭示了RDCs随降雨时间的推移，浓度水平为：前期低，中期高，后期低。在降雨事件中，RDCs达到峰值存在滞后效应，滞后时间为10至90分钟，小强度降雨导致更高的RDCs污染。环境风险评估表明，35%的RDCs具有高风险，尤其是PPD-Qs类化合物。研究结果强调了中后期降雨处理中管理RDCs污染的重要性，并为改善道路地表径流的处理和雨水资源的利用提供了新见解。
引言
RDCs广泛应用于橡胶产品和道路材料，以提高其耐磨性、防腐性和抗氧化性。轮胎是最重要的橡胶产品之一，其组成中约有30%的RDCs，包括抗氧化剂、硫化促进剂和活化剂。近年来的研究表明，车辆轮胎与道路之间的摩擦每年产生约600万吨的轮胎和道路磨损颗粒，这些颗粒在城市环境中积累，并在降雨事件中通过道路地表径流直接排放到附近的水体。然而，道路地表径流中RDCs的在不同城市功能区的分布特征及其随降雨时间的变化规律尚不明确。
图文导读
高速公路和商业区的RDCs总浓度显著高于其他六个功能区，尤其是6PPD、6PPD-Q、BTH和DPG这四种RDCs的浓度最高，而工业区和港口区的污染水平最低。PPDs在各功能区中的浓度最低，而PPD-Qs和BTs的浓度相对较高。这些结果表明RDCs主要来源于汽车轮胎，虽然PPDs及PPD-Qs浓度相对低于BTs和其他类别物质，但是其高毒性仍不容小觑。
Fig. 1. Mean concentrations of 35 rubber-derived chemicals (RDCs) in road stormwater runoff from various functional areas.
旱季的RDCs浓度显著高于湿润季节，这可能与干燥天气下积累的轮胎及道路磨损颗粒有关。此外，不同地区之间的RDCs污染水平也存在显著差异，推测这与地区的经济发展水平、道路清洁频率和交通状况有关。
Fig. 2. (a) Seasonal differences in 35 selected rubber-derived chemicals (RDCs) in road stormwater runoff from GZ location (n=15). Concentrations represent the mean concentration of RDCs of multiple rainfall events. (b) Spatial differences of 35 selected RDCs in urban stormwater runoff from various functional areas and regions. GZ, Guangzhou; HZ, Huizhou; FS, Foshan; SZ, Shenzhen; DG, Dongguan.
RDCs随降雨时间（3小时）的推移，浓度水平为：前期低，中期高，后期低。在超过60%的采样事件中，RDCs浓度在降雨开始后的10至90分钟内达到峰值，这种现象被称为“滞后效应”，表明小强度降雨更易引发RDCs的污染。研究还发现，RDCs浓度的峰值通常出现在降雨强度最低时，显示出较高的污染风险。
Fig. 3. (a) Time-concentration profiles of rubber-derived chemicals in road stormwater runoff from the expressway (displayed only when there were two or more time points in a sampling event). (b) Correlation between the time to reach the peak RDCs concentration and the time to reach the lowest rainfall intensity (n=68). The concentration means the total concentration of 35 RDCs in each sampling site.
DPG和Caprolactam占总RDCs质量负荷的83.69%。部分地区的道路径流未经过充分处理，直接排放到水体中，对水生态系统构成严重威胁。环境风险评估表明，65%的RDCs风险值低于中等，但PPD-Qs类化合物显示出极高的风险，特别是对银鲑鱼类的致死性影响，强调了对这些化学物质的严格管理和监控的必要性。
Fig. 4. Environmental risk assessment of 35 rubber-derived chemicals in road stormwater runoff from various functional areas. RQ, risk quotient.
结论与研究意义
本研究首次揭示了RDCs在道路地表径流中的污染特征和时间-浓度分布。研究结果表明，RDCs在道路地表径流中的浓度峰值通常出现在降雨强度较低的时段。研究还表明，干旱季节和欠发达地区的RDCs污染水平较高，强调了道路清洁和降雨管理的重要性。环境风险评估显示，35%的RDCs具有高风险，特别是PPD-Qs类化合物。总的来说，本研究为改进道路地表径流的处理和雨水资源的利用提供了科学依据，有助于减少RDCs对生态系统和生物体的潜在威胁。
致谢
本研究受到国家自然科学基金联合基金重点项目支持，样品采集等工作是在深圳大学刘安教授团队的协助下共同完成的。
论文链接:
Liu, Y.-H., Mei, Y.-X., Liang, X.-N., Ge, Z.-Y., Huang, Z., Zhang, H.-Y., Zhao, J.-L., Liu, A., Shi, C., Ying, G.-G., 2024. Small-Intensity Rainfall Triggers Greater Contamination of Rubber-Derived Chemicals in Road Stormwater Runoff from Various Functional Areas in Megalopolis Cities. Environ. Sci. Technol. Online. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c10737