论文部分内容阅读
随着渤海经济圈的迅速发展,排入渤海湾污染物的数量和总量不断增加。多环芳烃(PAHs)通过大气降尘、地表径流和海上航运等途径进入海洋环境中。多环芳烃极易吸附在悬浮颗粒物和沉积物上,并随海流发生迁移,给海洋生态系统带来了极大危害。本研究在野外调查和实验室检测的基础上,分析了渤海湾入海河流、潮间带和近岸海域沉积物中PAHs的污染水平、分布特征及其主要污染来源。同时采用批量实验的方法,研究了有机质和重金属对PAHs吸附-解吸行为的影响。在近似模拟沉积物厌氧环境条件下,研究了河流、河口与潮间带沉积物及其不同粒径组分中PAHs的微生物降解特征。结果表明:
1.渤海湾入海河流、潮间带和近岸海域沉积物中16种US-EPA优先控制的PAHs总量(∑PAHs)范围在57～21836 ng/g之间,平均值为1896 ng/g,以大沽口及其北部入海河流和近海沉积物污染较重。∑PAHs污染水平表现为:入海河流>潮间带>近岸海域。主成分分析和多元线性回归分析结果表明,渤海湾沉积物中PAHs污染主要为燃烧源,其次是石油源。燃烧源以煤和薪柴燃烧相对贡献率较大,而燃油污染贡献较少。入海河流与河口沉积物煤和薪柴燃烧源的相对贡献率达到71.16％,石油化工和油类泄露贡献率为19.60％,汽油和柴油的不完全燃烧贡献率为9.24％。潮间带沉积物中煤和薪柴燃烧相对贡献率达到71.81％,汽油、柴油燃烧和油类泄露贡献率为28.19％。近岸海域沉积物煤和薪柴燃烧贡献率达到82.63％,汽油、柴油燃烧和油类泄露贡献率为17.37％。
2.沉积物老化培养后显著提高了其对菲的吸附能力和非线性吸附作用。随着老化培养时间的延长,沉积物中水溶性有机碳(WSOC)含量显著下降,但其对菲的吸附能力、非线性和解吸滞后效应显著增强。水溶性有机碳含量与Freundlichl吸附能力因子(KF)之间呈现显著负相关关系,而与N值之间呈现显著正相关关系。菲在不同河流与河口沉积物上的吸附-解吸等温线能由线性分配模型和Freundlich模型很好的拟合。线性分配系数(KD和KOC)与总有机碳(TOC)、胡敏素、富里酸和水溶性有机碳含量均呈现显著正相关关系,而与胡敏酸含量之间相关性较差；KF和KFOC与WSOC/TOC和砂粒含量呈现显著负相关关系,而与粉砂粒含量呈现显著正相关关系。
3.外源溶解性有机质(DOM)显著提高了菲在沉积物不同粒径组分中的吸附能力和分配作用。与对照相比,Kd值提高了4.56％～94.43％,以在粘粒或粗粉粒组分中最大,而KF值提高了13.23％～158.08％,以在粘粒组分中最大。外源DOM对菲分配系数的影响不仅与其WSOC含量有关,也受到沉积物TOC含量的影响。对照中Kd与TOC含量之间呈现线性关系,而外源DOM处理中Kd值与TOC含量之间呈现指数关系。吸附态DOM与菲的结合系数(kPh/soc)变化在4444～75478 L/kg之间,粘粒组分中kph/soc是较大粒径组分的3.17～10.61倍。添加高浓度。DOM处理中,不同粒径组分的kph/soc显著高于Koc。添加低浓度DOM处理中,尽管粘粒组分的kph/soc显著高于Koc,但细粉粒、粗粉粒和砂粒中的kph/soc则显著低于Koc。
4.外源碳黑(BC)显著提高了菲在沉积物不同粒径组分中的吸附能力和非线性。与对照相比,外源BC处理后KF值提高了1.82～8.59倍,以在粘粒组分中变化最小,而在粗砂粒中变化最大。KF值与TOC、BC、富里酸和胡敏素含量之间均呈现显著正相关关系,并且与BC的相关系数显著高于与TOC及其它有机质组分对应的相关系数；BC/TOC比与KFOC值之间呈现显著正相关关系,而与N值之间呈现显著负相关关系；LogKF与N值之间呈现显著负相关关系。
5.外源重金属离子显著增强了菲在沉积物不同粒径组分中的吸附能力和分配作用。Cu2+、Zn2+和Pb2+(0.1 mM)处理后,Kd值比对照分别提高了13.29％～49.15％、3.58％～23.72％和-64.41％～18.53％；KF值比对照分别提高了14.87％～162.35％、10.53％～421.18％和89.39％～99.77％。Cu2+和Zn2+对Kd和KF的贡献表现为:粗粉粒>粘粒>细粉粒。尽管Pb2+提高了菲在粘粒组分中的分配系数,但其则降低了菲在粉砂粒组分中的分配系数,Pb2+增强了菲在不同粒径组分中的吸附能力,但不同粒径组分问差别不大。
6.在近似厌氧培养条件下,沉积物中PAHs含量随着培养时间延长呈现下降趋势。其最大降解速率发生在0～30 d内,是以后各时间段的几倍至几十倍。不同河流与河口沉积物中PAHs降解效率变化在23.08％～76.69％之间。培养前后,河口沉积物不同粒径组分中∑PAHs含量比对照降低了13.71％～53.04％:而潮间带沉积物不同粒径组分中∑PAHs含量则比对照降低了36.65％～83.77％。大沽河海河口沉积物PAHs最大降解效率出现在砂粒组分中,粘粒和粉砂粒组分较难降解。而驴驹河和岐口潮间带沉积物PAHs降解主要发生在粉砂粒组分中,粘粒或砂粒组分较难降解。
7.沉积物粒度、有机质含量和性质均显著影响着PAHs的分布、吸附-解吸和微生物降解行为。不同河流与河口沉积物中PAHs、菲和Kd之间互成显著正相关关系,并且均与TOC、胡敏素、腐殖酸、富里酸和WSOC含量之间呈现显著正相关关系,但与胡敏酸含量之间相关性不显著:PAHs的最大降解速率与TOC和WSOC含量之间呈现显著正相关关系,但与胡敏酸、富里酸和胡敏素含量之间相关性较差；PAHs的最大残留量与TOC和胡敏素含量之间呈现显著正相关关系,与胡敏酸和富里酸含量之间无显著相关性。近岸海域沉积物中PAHs含量与TOC、胡敏素和粘粒含量之间呈现显著正相关关系,但与胡敏酸、富里酸、粉砂粒和砂粒含量之间均无明显相关性。