自来水“黄水”问题通常被认为是感官性状问题,对于“黄水”中含有的颗粒物认识尚不清楚。“黄水”中的颗粒物是否具有健康危害?在复杂的管网条件下生成的颗粒物结构和性质是否会发生变化?
针对上述问题,中国科学院生态环境研究中心石宝友团队庄媛副研究员一方面从供水管网获取实际疏松沉积物,另一方面对在不同管网常见共存物质条件下合成了沉积物的重要组分FeOOH,对系列样品的结构和性质进行分析,在对于“黄水”危害的认识上取得了重要进展:
(1) 实际管网疏松沉积物具有潜在健康危害,来自无铸铁管的沉积物比有内衬的毒性更高,人体健康肝脏细胞MTT毒性实验中的24h细胞存活率分别为82.2%和89.5%。FeOOH作为管网铁颗粒物最常见的组分之一,在不同常见管网共存物质的存在下形成时具有不同的形貌,对毒性具有显著影响,具有锋利表面的颗粒毒性较高,具有光滑表面的毒性最低。在铁颗粒物导致毒性的过程中,除了形貌具有重要影响外,特定的微量有机污染物(例如全氟化合物PFOA)可通过与铁组分建立强相互作用引发铁周围电子密度增大,通过多重夺电子路径造成更大的氧化损伤危害,导致毒性显著提升,FeOOH和FeOOH-PFOA人体健康肝脏细胞MTT毒性实验中的24h细胞存活率分别为81.6%和29.7%(该浓度水平下单独的PFOA无明显毒性)。这一研究结果表明“黄水”不只是感官问题,还具有潜在毒性。
(2) 管网不同的共存物质显著影响FeOOH的形貌和结构,微量有机物共存下的FeOOH比表面积显著高于无机物共存时的颗粒,尤其是消毒副产物三氯乙酸存在时形成的规则的海胆状结构比表面积最高(有无三氯乙酸时比表面积分别为118.56m2/g和37.21m2/g)、对污染物的富集能力最强(以四环素为目标污染物时FeOOH和FeOOH-TCA的最大吸附量分别为400.13mg/g和625.05mg/g)。除了比表面积增大引起接触位点增多之外,氢键增强是影响该富集过程的重要因素,通过模拟计算证实四环素在FeOOH表面具有良好的亲附力,结合能为-179.61kJ/mol,两者的结合是通过羟基与羟基建立氢键(四环素三个羟基与FeOOH之间的键长分别为2.51Å, 1.91 Å和2.68 Å),有机质共存下形成的FeOOH有利于与四环素建立更强的氢键作用。