太湖地表水典型有机物污染特征分析及生态风险评价

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随着经济社会的高速发展,数以万计的化学品在生产生活中使用,并通过生活污水、工业废水、地表径流和土壤渗透等途径大量进入湖泊和河流中,正威胁着水生态安全与健康。值得注意的是,传统有机污染物(多环芳烃、多氯联苯和有机氯农药)因持久性、生物富集性和高毒性早已被列为优控污染物重点管控,但来自水环境自身的内源释放和少部分外源输入导致其在地表水环境中仍广泛检出,对水生生物依然存在着不可忽视的威胁。此外,地表水环境中还涌现了许多新有机污染物(如全氟辛烷磺酸、壬基酚、五氯酚、阿特拉津、三氯生和卡马西平等),这些物质具有较强的内分泌干扰效应和免疫毒性等,其持续不断的外源输入加之有别于传统有机污染物的水溶性,对水生生物有着较直接的危害。面对环境中复合存在的众多污染物,高风险化合物的识别与管控,以及评估真实环境中污染物的联合毒性效应至关重要。因此,全面了解湖泊中典型有机污染物的环境存在水平,综合评估现有水平下的生态风险,可以为淡水资源的保护以及流域风险管控提供科学依据。由此,本文以太湖地表水为研究对象,开展52个点位和两个水季(丰/枯水期)的采样,定量分析了85种典型有机污染物的污染水平和分布特征,结合其环境浓度和危害性质进行风险评估和优先性排序,并利用全局敏感性方法探讨污染物的联合毒性效应。具体研究内容和结果如下:(1)利用大体积原位富集采样技术和气相色谱质谱联用仪对太湖79种持久性有机污染物进行高通量定量测定,分析其含量水平和污染特征。多环芳烃浓度最高(122~5559 ng/L),主要以2~5环为主且低环占比最高,含量较高的单体有萘、苊烯和菲;滴滴涕(主要为p,p’-DDT)、异狄氏剂、环氧七氯和异狄氏剂醛是浓度最高的有机氯农药(56~1000 ng/L);多氯联苯的浓度最低(0.21~45ng/L),主要以四氯联苯和六氯联苯为主,四氯联苯在枯水期比例降低。总体来看,丰水期较枯水期污染严重,这是由于丰水期水流量大扰动底泥释放,再加之人为活动带来外源性输入导致。利用同分异构体比值法和主成分分析法等对太湖地表水持久性有机污染物进行源解析可知,太湖地表水多氯联苯的污染主要来自历史残留使用和远距离运输,其次来源于再生金属的加工;多环芳烃污染来源较为复杂,主要是化石燃料燃烧和交通尾气排放等;有机氯农药污染主要包含来自船舶防污涂料的滴滴涕、历史残留的七氯及其降解物、远距离传输的异狄氏剂和杀虫剂林丹的使用。(2)利用高效液相色谱质谱联用仪定量分析太湖地表水典型新有机污染物的环境水平和时空分布特征,具体检出浓度如下:壬基酚(0.81~1317 ng/L)、阿特拉津(1.02~254 ng/L)、三氯生(ND~134 ng/L)、卡马西平(1.42~85 ng/L)、全氟辛烷磺酸(0.96~26 ng/L)、五氯酚(0.31~29 ng/L)。太湖高浓度区域主要分布在人为活动较为密集的竺山湖、梅梁湾和望虞河以及太湖西部入湖河流区和西南沿岸。丰/枯水期除全氟辛烷磺酸外,其余五个化合物浓度均无统计学差异。根据联合概率分布曲线可知,太湖地表水中三氯生和阿特拉津的风险最高,其对生态系统中5%的水生生物造成慢性毒性危害的概率分别为19.04%和5.69%,应加大污染监控和排放限制;壬基酚(4.23%)和卡马西平(1.58%)的风险在可接受范围;全氟辛烷磺酸和五氯酚(均为0%)生态风险极低。(3)为了对太湖典型有机污染物进行风险管控,建立典型有机污染物毒性数据库,构建一种综合考虑化合物危害(持久性、生物蓄积性和毒性)和环境水平的优先性排序方法,筛选优先关注污染物清单,其中优先性指数排名前三的化合物均为有机氯农药(p,p’-DDT、异狄氏剂和γ-HCH);其次是PCB206、阿特拉津和三氯生。这与利用熵值法得到的高风险化合物结果基本一致,同时还补充了被熵值法忽略风险的三种有机物,分别是PCB101、二苯并[a,h]蒽和茚并[1,2,3-cd]芘。利用全局敏感性分析对优先性排序筛选出的前25个化合物进行联合毒性效应预测,其中壬基酚、苯并[b]荧蒽、苯并[j]荧蒽、荧蒽、p,p’-滴滴涕、异狄氏剂和硫丹硫酸盐的敏感性最高(μ*>1),应该重点关注其在环境中的联合毒性作用。
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