滇池沉积物中多氯联苯、多环芳烃及重金属的污染特征研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 9次 | 上传用户:bhf0520
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多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和有毒重金属在环境中具有长期残留、生物蓄积和高毒性等特性,被认为是21世纪影响人类生存与健康的重要环境问题,已成为当今环境科学研究的热点之一。同时,疏水亲脂的特性使得它们在排入水环境后,容易被吸附在悬浮颗粒物中,并随着沉降作用进入水体沉积物。因此,这些物质沉积物中的含量往往比水相中高几个数量级,沉积物被认为是水环境中该类污染物污染程度的“指示剂”,能较客观地反映其在水体中的污染状况。所以,及时掌握沉积物中PCBs、PAHs和有毒重金属等污染物的污染特征具有十分重要的意义。然而,因沉积物环境介质成分复杂,使得其中PCBs、PAHs的准确定性定量分析成为了研究的难点,我国至今还没有建立相应的标准分析方法。滇池作为我国水污染重点治理的浅水型高原湖泊,其氮磷富营养化问题一直是研究和关注的重点,而有关滇池沉积物中PCBs、PAHs和有毒重金属等持久性污染物的研究,所涉及的指标、研究区域和深度都非常有限,难以全面反映这些污染物在滇池的整体污染情况,对其污染防治指导性不强。鉴于此,本文以滇池沉积物为研究对象,建立了同时测定沉积物中PCBs和PAHs的分析方法;在滇池及其主要河口分别采集了23个和18个表层沉积物样品,并在滇池外海采集了8根柱状沉积物样品,运用所建立的分析方法对其中28种PCBs和16种PAHs的含量进行测定,利用原子荧光光度计和石墨炉原子吸收光谱仪对表层沉积样品中7种重金属的含量进行测定;对滇池沉积物中这三类污染物的污染水平、分布特征、环境来源、潜在生态风险和污染历史等方面进行了深入的研究,旨在确定主要污染物和重点污染控制区,为滇池该类污染物的污染治理提供科学依据。(1)对沉积物样品萃取、净化及仪器分析等条件进行了优化,建立了加速溶剂萃取-固相萃取净化-气相色谱/三重四极杆串联质谱联用技术分析方法(ASE-SPE-GC-QqQ-MS/MS)。该方法PCBs和PAHs的检出限分别为0.001~0.08 ng/g和0.07~0.45 ng/g,定量限分别为0.003~0.25 ng/g和0.24~1.67 ng/g,样品加标回收率分别为95.9-125.6%和70.6-121.8%,方法相对标准偏差分别为0.8%-5.4%和1.7%-11.4%,可同时萃取、净化、分析测定沉积物中28种PCBs和16种PAHs。(2)滇池湖区和河口表层沉积物中∑PCBs的含量分别为160-78213 ng kg-1 d.w.(均值:5487 ng kg-1 d.w.)和266-68183 ng kg-1 d.w.(均值为11012 ng kg-1 d.w.)。总体而言,草海及其河口表层沉积物中∑PCBs的含量明显高于外海及其河口,外海北部区域的含量明显高于其南部和中部区域;PCBs主要通过入湖河流的夹带冲刷进入滇池,河流的分布及其流经区域对滇池沉积物中PCBs的含量及其分布产生较大的影响;TOC不是影响PCBs含量分布的主要因素。柱状沉积物EPCBs的含量为N.D.-8488 ng kg-1 d.w.,表层的含量最高,随着深度的增加逐渐降低。总体而言,0-30cm区间PCBs的含量较高,60cm以下基本不能检出;受入湖河流污染物排入的影响,C1柱状沉积样品∑PCBs含量变化幅度和平均值明显大于其他样品,其余样品比较接近;类似于表层沉积物,柱状沉积物中PCBs的污染状况也是北部>南部>中部。沉积物中的PCBs以中、低氯代为主,3-6氯代PCBs占∑PCBs的比例分别为4.9%-97.9%和85.60%-91.43%,PCBs主要来自低、中氯Aroclor工业产品混合物。表层沉积物中12种类二噁英类PCBs的含量为ND-15958 ng kg-1 d.w(均值1013 ng kg-1 1d.w.),其中,草海和外海北部的含量较高,可能会对生物的生长发育造成一定的负面影响;同时草海北部区域TEQ含量(R1:26.57 ngTEQ kg-1 d.w.; S1:18.38 ngTEQ kg-1 d.w.)也较高,该区域受PCBs的潜在毒性影响较大,而大部分区域受PCBs潜在毒性影响较小;柱状沉积物PCBs的生态风险较小。(3)滇池草海和外海表层沉积物中∑PAHs的含量分别为1492-11070 ng g-1d.w.(均值4748ng g-1 d.w.)和210-2506 ng g-1 d.w(均值1062 ng g-1 d.w.);草海北部的含量明显高于草海中部和南部;草海明显高于外海;外海北部区域高于外海中部和南部区域。河口表层沉积物中,老运粮河河口R1的∑PAHs含量最高(12271 ng g-1d.w.),白鱼河河口R13的含量最低(230 ngg-1d.w.);草海和外海入湖河口的平均含量分别为5468和2243 ng g-1 d.w.,草海河口的平均含量明显高于外海河口;河流是滇池PAHs的主要汇入途径,河流的分布及其流经区域对PAHs含量分布产生较大的影响。PAHs和TOC的相关性分析结果表明,TOC对LPAHs在滇池湖体表层沉积物中的分布、迁移和归宿有着非常重要的作用,而对HPAHs的影响则较小。8根柱状沉积物中EPAHs的含量为:38-2506 ng g-1 d.w.;表层PAHs的含量最高,随深度增加呈明显的下降趋势;总体而言,滇池柱状沉积物PAHs的污染程度为北部>南部>中部;与其他地区比较,滇池外海柱状沉积物中∑PAHs的含量处于中等污染程度。HPAHs为滇池沉积物PAHs的主要组成部分,PAHs主要来源于草、木材、煤炭等生物质的燃烧,这一结果基本符合滇池周边区域社会经济发展状况。草海北部及其河口区域S1、R1、R3和外海入湖河口R8和R9∑PAHs的含量介于ERL和ERM之间,表明在一定的条件下,这些区域可能会产生生物毒性效应;其他区域低于ERL值,产生生物毒性效应的可能性较小。草海北部(S1)、草海主要入湖河口(R1、R2、R3)和外海河口(R11)TEQcare值大于400 ngTEQ g-1 d.w.,环境潜在生态危害较大,而大部分区域潜在生态危害相对较小;dBanA、BaP、BbF和BaA产生的生态危害较大,应作为PAHs污染控制的重点。外海柱状沉积物的潜在生态危害较小。(4)对滇池及其河口表层沉积物中7种重金属(As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Hg)的含量进行分析,并采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法评价其污染程度和生态危害。结果表明,滇池草海北部重金属的含量最高,草海湖区及其入湖河口重金属的污染强度明显高于外海湖区及其入湖河口;以“全国土壤环境质量标准”为依据,As和Cd是沉积物中主要的超标污染物。地质累积指数法评价结果表明,草海及其河口沉积物中Cd达到了“严重”污染程度,是主要重金属污染物,其他金属总体处于“中度”以下污染程度;外海及其河口所有金属基本处于“清洁”到“偏中度”污染程度。潜在生态风险评价结果表明,草海湖区及其入湖河口沉积物总体上达到了“很强”的潜在生态危害程度,而外海及其河口大部分区域总体属于“低度”危害程度。Cd是最主要的潜在生态危害重金属污染物,其次是Hg、As、Pb和Cu,而Zn和Cr对潜在生态危害指数的贡献率很小,在整个研究区域产生的潜在生态风险均为“轻微”。相关性和主成分分析结果表明,滇池沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As可能有相似的污染来源。
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