上海市水体和沉积物中半挥发性有机物污染水平、来源分析和风险评估

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近年来,人口急剧增长和工业高速发展导致城市的环境污染问题日益严峻。半挥发性有机物(SVOCs)对人体健康和生态环境的危害已经引起全球的广泛关注。作为人类集中的聚居地区,上海市水体和沉积物中的SVOCs污染程度直接影响着人类的健康,因此对上海市水体和沉积物中SVOCs的污染水平和特征的研究有着非常重要意义。半挥发性有机物(SVOCs)通常包括农药类、邻苯二甲酸酯类、多环芳烃类、苯胺类、多氯联苯类和苯酚类等,在环境空气和水中普遍存在,其理化性质不一,在环境中的迁移转化行为十分复杂。很多的SVOCs化合物已经被美国环保署(USEPA)列为环境优先控制污染物。本研究对上海水体和沉积物样品中的典型SVOCs的污染水平、空间分布、组成特征、污染来源和潜在风险进行了深入的研究,解析上海市水体和沉积物中典型SVOCs的污染状况和潜在风险,为上海地区不同环境介质间SVOCs的迁移转化提供数据基础,也为我国履行斯德哥尔摩公约提供科学依据。主要研究结果如下:(1)建立水体和沉积物样品中痕量SVOCs的检测方法。通过单因素试验,对水体和沉积物样品中90种SVOCs的固相膜萃取条件和加速溶剂萃取条件进行了优化:固相膜萃取选择HLB固相萃取膜,体积比为1:1的二氯甲烷/丙酮混合溶剂作为洗脱溶剂;加速溶剂萃取萃取温度选择100℃,萃取溶剂选择二氯甲烷/丙酮混合溶剂,并将优化后的SPME法和LLE法,ASE法和SE法进行了比较,最终选择SPME法和ASE法作为了水样和沉积物样品的前处理方法。(2)上海市水体和沉积物中主要SVOCs的浓度水平、空间分布和组成特征。SVOCs在上海水体和沉积物中普遍存在,典型几类SVOCs都有检出。水相中SVOCs总量变化范围为1.47μg/L-19.5μg/L,沉积物中SVOCs总量变化范围为2.38-9.48 mg/kg。四条河域水体和沉积物中SVOCs总污染水平处于同一数量级,浓度水平整体不高,淀山湖相对较低。(1)水体中Σ20OCPs的总浓度范围在0.049-0.274μg/L之间,平均浓度为0.123μg/L。所有的点位中OCPs主要组成成分都为HCH,一些点位HCHs总量占到总OCPs浓度50%以上,其中α-HCH和β-HCH是HCHs的主要组成;Σ19PAHs的总浓度范围为0.216-0.992μg/L,平均浓度为0.516μg/L。2-3环的低环PAHs是19种PAHs的主要成分,整体上呈现PAHs含量以2环>4环>3环>5环>6环的顺序递减;Σ6PAEs总量变化范围为0.425-16.4μg/L,三条河流从上游到下游,浓度整体呈上升趋势,淀山湖中PAEs浓度水平较低,6种PAEs的平均浓度按照DBP>BBP>DOP>DEP>DMP>DNOP的顺序递减。(2)沉积物中Σ20OCPs的总浓度范围在4.82-24.7μg/kg之间,平均浓度为11.6μg/kg,占Σ90SVOC总浓度的0.229%,所有点位中OCPs主要组成成分为DDTs、甲氧氯、HCHs,分别占到Σ20OCPs总浓度的28.9%、21.7%、17.1%;Σ19PAHs含量范围是0.477 mg/kg-3.65 mg/kg,平均值是1.76 mg/kg,2-3环的低环PAHs和4-6环的高环PAHs所占比例相差不多,6环PAHs含量最低;Σ6PAEs总量变化范围为0.302-2.93 mg/kg,Σ6PAEs总浓度占Σ90SVOCs总浓度22.2%。其中,DBP所占比例最高,其总浓度占6种PAEs总浓度为54.8%,6种PAEs的平均浓度按照DBP>BBP>DOP>DEP>DMP>DNOP的顺序递减。(3)上海市水体和沉积物中主要SVOCs的来源分析。(1)水体中DDT为DDTs的主要成分,新近使用还没有降解的DDT农药占主导,水体中HCHs部分来自于工业HCHs,部分来自于林丹,γ-氯丹在所有采样点均未检出,环氧七氯和七氯的检出率以及残留浓度大体一致,说明OCPs来源于“旧”源;水体中的Flu/(Flu+Pyr)比值变化范围为0.038-0.707,均值为0.298,Ant/(Ant+Phe)比值变化范围为0-0.294,均值为0.088,可知水体中的PAHs污染主要来源为石油;水体中6种母体PAEs共提取2类主成分,其中第一主成分(PC1)包括DBP、DMP和DNOP,方差贡献率为54.4%,这三种PAEs中DBP占百分之九十以上,可认为第一主成分反映了生活污水的排放。第二主成分(PC2)因子载荷较高的有DOP、BBP和DEP,BBP和DOP占主要成分,其中浓度大小BBP>DOP>DEP,主成分二反映了工农业对PAEs的贡献。(2)表层沉积物中(DDD+DDE)/DDT的浓度比值大多大于1,可见DDTs主要来自于历史残留,γ-HCH/α-HCH的值在0-5.83之间变动,平均值为0.734,同时沉积物中检测到较高含量的甲氧氯、狄氏剂、艾氏剂和β-硫丹,表明上海市沉积物中的OCPs污染主要来自于历史应用导致的残留;沉积物中Flu/(Flu+Pyr)比值变化范围为0.235-0.614,均值为0.442;Ant/(Ant+Phe)比值变化范围为0.094-0.562,均值为0.292,说明上海市沉积物中的PAHs污染主要来自于燃烧;沉积物中6种母体PAEs共提取2类主成分,其中第一主成分(PC1)包括DBP、DEP、BBP和DOP,方差贡献率为53.9%,反映了工业污水的排放来源;第二主成分(PC2)因子载荷较高的有DBP、DMP和DNOP,方差贡献率为19.5%,认为第二主成分反映了生活污水的排放和农业中塑料用品的雨水冲刷。(4)上海市水体和沉积物中主要SVOCs的风险评价。(1)上海市水体中OCPs、PAHs和PAEs饮水途径的风险值远远高于洗浴途径,女性健康风险值高于男性,受到OCPs污染的危害更大。所有监测点位水体中OCPs引起的引起的致癌风险和非致癌风险均不明显;苯并(a)芘的致癌风险和非致癌风险要高于其他种类多环芳烃1-2数量级,其健康风险不容忽视;DBP的致癌风险和非致癌风险要高于其他种类PAEs,其健康风险值得关注。(2)上海市水体表层沉积物中所有OCPs暂不具有持续生态风险,只具有偶尔的生态风险,狄氏剂在30个点位的所有检出浓度均处于ERL和ERM之间,产生的生态风险概率最高;沉积物中PAHs的生态风险,整体上暂不具有持续生态风险,低环多环芳烃大于高环多环芳烃,芴和苊烯超过ERL的点位比例最高,其生态风险值得关注;DMP、DEP和DBP的对于水环境中三种不同的物种均不具有生态风险,而BBP的RQ值均有点位超过1,生态风险不容忽视。
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