近日，华南师范大学应光国教授、赵建亮和张芊芊研究员团队刘悦弘等人在《Water Research》上发表了题为“Precipitation contributes to alleviating pollution of rubber-derived chemicals in receiving watersheds: Combining confluent stormwater runoff from different functional areas”的论文 (DOI: 10.1016/j.watres.2024.122240)。
图文摘要
全文速览
本研究旨在探讨降雨对城市雨水管道径流及其受纳水体中橡胶衍生化合物（RDCs）污染过程的影响。在广州三个不同功能区（工业区、商业区、大学城）进行了采样，分析了35种新兴RDCs的浓度分布。结果显示，RDCs在管道径流中的浓度从工业区到商业区再到大学城逐渐降低，表明交通活动和工业排放是这些污染物的主要来源。6PPD-quinone (6PPD-Q) 是主要的RDCs之一，尤其在工业区中浓度较高。降雨显著降低了受纳水体中的RDCs浓度，这一稀释效应在CPPD、DPPD和6PPD-Q等化合物中尤为明显。尽管如此，部分RDCs，特别是6PPD-Q和13-二苯基胍 (DPG)，在工业区附近水体中仍表现出较高的生态风险。结果表明管道径流是RDCs进入水体的主要途径，且其年负荷量与受纳水体接近。该研究强调了当前城市排水系统在处理这些新污染物方面的不足，建议通过改进雨水处理设施和实施绿色基础设施来减少RDCs对水环境的影响，从而更好地保护水生生态系统。
引言
RDCs是橡胶制品，尤其是轮胎生产中常用的添加剂。随着橡胶制品的磨损和废弃，这些化学物质被释放到环境中，并通过道路表面径流进入水体。现有研究大多集中在道路雨水径流中的RDCs，而忽视了来自多个表面（如道路、屋顶、草地等）的合流雨水径流对水体的污染影响。本研究旨在填补这一空白，通过分析广州三个功能区的雨水管道径流和受纳水体中的RDCs，探讨降雨对这些污染物的影响，旨在为RDCs的环境管理提供科学依据。
图文导读
在广州三个功能区的雨水管道径流中，发现35种RDCs广泛存在，浓度从工业区到商业区再到大学城逐渐降低，表明工业活动和交通量是RDCs污染的主要来源。6PPD-Q是检测到的主要化合物之一，其浓度在工业区尤其显著。此外，检测频率最高的RDCs包括DTPD、IPPD和DPG，表明这些化学物质在橡胶制品中被广泛使用，并易于在环境中释放。这些发现强调了不同功能区在环境污染控制中的差异性和针对性的治理需求。
Fig. 1. Differences between three functional areas of rubber-derived chemicals in confluent stormwater runoff of (A) total concentrations and (B) concentrations of each chemical. Boxes depict the 25th, mean, and 75th percentiles of concentrations. The end of the bar represents the 5th and 95th values. The horizontal line represents the median value. The square represents the mean value. **, P < 0.01.
在珠江的干流和支流水体中，所有35种RDCs均被检测到，但浓度低于管道径流，这反映了降雨的稀释效应。与上游相比，部分污染物，如6PPD和DPPD，在下游水体中表现出更高的浓度和检测频率，提示附近工厂排放和城市排水系统对水体的污染影响。降雨显著降低了受纳水体中的RDCs浓度，表明其稀释效应是影响RDCs浓度的重要因素。这种稀释效应可能与降雨引发的河流水位上升、流速增加以及氧气溶解度提高有关，这些因素有助于RDCs在水体中的扩散和氧化分解。
Fig. 2. Differences before and after rainfall of rubber-derived chemicals in surface water of (A) total concentrations and (B) dilution ratios. Boxes depict the 25th, mean, and 75th percentiles of concentrations. The end of the bar represents the 5th and 95th values. The horizontal line represents the median value. The square represents the mean value. **, P < 0.01.
RDCs在合流雨水径流中的年质量负荷与受纳水体相近，表明管道径流是RDCs进入河流的重要途径。具体而言，研究发现工业区、商业区和大学城的RDCs年负荷量在14920至251627千克/年之间，这一数值显著高于其他类型的城市污染物，如双酚类化合物。这表明RDCs在城市环境中广泛存在，主要来自轮胎微塑料的副产品。研究还显示，RDCs从管道雨水径流快速进入水体，反映了城市化和道路交通活动对水体质量的重大影响。
Fig. 3. (A) Mass load of a total of 35 rubber-derived chemicals (RDCs) in confluent stormwater runoff. (B) Linear regression between annual mass loads of each RDC in confluent stormwater runoff (Masr) and surface water (Masw). The solid line represents the fitting equation line. The light and dark gray areas represent 95% prediction and confidence bands, respectively.
风险评估结果表明，大部分RDCs对水生生物构成中等至高风险，特别是在工业区的管道径流中，其中6PPD-Q和DPG风险最高。转化产物通常比其对应的母体化合物表现出更高的生态风险，例如6PPD-Q对水生生物具有显著的毒性。这些发现表明现有的城市排水系统在过滤或处理这些新污染物方面存在不足，强调了改进雨水处理设施和实施绿色基础设施的重要性，以降低RDCs对水生生态系统的潜在危害。
Fig. 4. Risk quotients of 35 rubber-derived chemicals in confluent stormwater runoff and surface water.
结论与研究意义
本研究首次系统评估了降雨对城市雨水管道径流和受纳水体中RDCs的影响，发现降雨对RDCs污染具有显著的稀释作用，但部分RDCs仍对水生生物构成中等至高风险。监测管道径流可以作为预测河流中RDCs污染负荷的有效手段，具有重要的环境管理意义。未来研究应进一步关注RDCs的转化机制及其对水生态系统的长期影响，为制定更有效的污染控制措施提供依据。
致谢
本研究受到国家自然科学基金联合基金重点项目、广东省杰出青年科学基金等项目支持。
论文链接:
Liu, Y.-H., Mei, Y.-X., Wang, J.-Y., Chen, S.-S., Chen, J.-L., Li, N., Liu, W.-R., Zhao, J.-L., Zhang, Q.-Q., Ying, G.-G., 2024. Precipitation contributes to alleviating pollution of rubber-derived chemicals in receiving watersheds: Combining confluent stormwater runoff from different functional areas. Water Res., 264, 122240. https://url.scnu.edu.cn/record/view/index.html?key=69f980ae66b7919e5614cdf776442b94