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汞(Hg)是对人类最具毒害的元素之一。在环境Hg污染中,以人为源为主。近年来,为削减SO2对大气的污染,许多沿海地区的燃煤火力发电厂采用烟气海水脱硫(SFGD)工艺,但在SO2被海水吸收排海的同时,燃煤中大量的Hg也被吸收、排放到海域中。这部分Hg可被海洋生物直接利用、累积,并沿食物链逐级传递、放大,最终危害人类健康。因此,作为海洋环境中新的Hg污染源,SFGD燃煤电厂脱硫海水中的Hg及其对海洋生物的影响值得关注。
本论文以厦门SY电厂附近海域为研究区域,配备SFGD装置的燃煤电厂排放的脱硫海水为研究介质,巨牡蛎为指示生物,系统性地研究脱硫海水中Hg在巨牡蛎体内的累积及其毒性效应、脱硫海水的影响范围和Hg进入巨牡蛎体内的途径等,为评估、控制脱硫海水中的Hg对海洋生物和海岸带环境健康的影响提供实验依据。具体研究内容和成果如下:
(1)巨牡蛎对脱硫海水中Hg累积的现场研究
在SY电厂的排水口(实验点)和参考点分别吊养巨牡蛎(Crassostrea sp.)群,定期采集样品,测定海水中的Hg浓度和巨牡蛎的Hg含量(均以干重计)。实验点和参考点海水中的THg浓度分别为120.6±55.5 ng/L(n=5)和2.7±1.0 ng/L(n=5),MeHg的浓度分别为0.30±0.44 ng/L(n=5)和0.28±0.31 ng/L(n=5)。在实验初始的7d内,实验点巨牡蛎体内THg含量从138.3±14.3 ng/g(n=6)迅速增加到3012±289 ng/g(n=6),且在后来的34d内一直保持高含量水平;而参考点巨牡蛎对THg未见明显累积,含量在60.7 ng/g~137.5 ng/g之间。实验期间实验点和参考点巨牡蛎体内MeHg的含量均未发生显著变化。此结果表明SY电厂排放的脱硫海水中的THg可被巨牡蛎迅速累积至很高的含量水平,有不容忽视的潜在风险。脱硫海水中MeHg的浓度很低,在巨牡蛎体内未见明显累积;巨牡蛎自身不能合成MeHg。
(2)脱硫海水中的Hg在巨牡蛎中累积和毒性效应研究及影响范围推算
在SY电厂的脱硫海水排放口及附近,沿岸等距离设置4个实验点,分别吊养巨牡蛎,定期采集样品测定。在各实验点,pH、悬浮颗粒物(SS)、浮游植物细胞总数、SO42-等海水水质参数数值随距离增加呈现显著的梯度变化,其中pH和浮游植物细胞总数为升高而其他各参数为降低;海水中的THg浓度、巨牡蛎消化腺和鳃的THg累积含量呈现显著的下降梯度。在实验期间(36 d),各实验点巨牡蛎消化腺的THg含量均显著高于鳃。各实验点海水中MeHg的浓度很低,暴露期间各实验点巨牡蛎消化腺和鳃对MeHg均未见累积。各实验点巨牡蛎的超氧化物歧化酶(SOD)活力、过氧化氢酶(CAT)活力、谷胱甘肽(GSH)含量、金属硫蛋白(MT)含量等毒性效应指标在实验期间无显著性变化,可能与海水中的Hg浓度较低和所选取的毒性效应指标的特异性不高有关。应用梯度方法推算得巨牡蛎未受脱硫海水中THg影响的背景值边界,并可推算、预测离电厂排放口不同距离的巨牡蛎受脱硫海水中THg影响的程度。
(3)环境样品中痕量汞(Hg)同位素的氧化-吹扫-金柱捕集-热脱附-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定法的建立
以气液分离法降低样品基底干扰,以金柱富集提高方法灵敏度;将Hg蒸气直接引入ICP-MS,利用ICP-MS测定Hg同位素。水中198Hg和201Hg的检测限分别为0.07、0.11 ng/L;土壤、沉积物和生物等样品198Hg和201Hg的检测限分别为0.15、0.20 ng/g。连续7次测定198Hg和201Hg基底加标水样,测定结果的RSD均为7.0%,同位素比值(201Hg/198Hg)的内精度为0.26%(1 RSD)。海水样和生物样198Hg和201Hg的基底加标回收率在79.7%~116.0%之间。与标准参考溶液198Hg和201Hg的相对偏差分别为-0.15%、-0.09%。对于巨牡蛎体内Hg同位素组成分析,2次测定的同位素比值(201Hg/198Hg)与自然界Hg同位素比值理论值的相对偏差分别为0.4‰、-6.0‰。本方法成功用于标准参考样品和实际生物样品的同位素组成分析,并可成为Hg迁移转化示踪实验的分析技术手段。
(4)巨牡蛎吸收Hg的食物相和水相途径的研究
在(3)所建立的技术手段的基础上,采用双稳定性同位素标记示踪法,设计实验室中宇宙实验,以198Hg示踪食物相(藻液),201Hg示踪水相,探讨巨牡蛎吸收Hg的食物相和水相途径。结果表明,在食物丰富的情况下,巨牡蛎主要通过食物相吸收Hg;在食物相对较少的情况下,巨牡蛎主要通过水相吸收Hg。从第2章和第3章的实验数据可以判断,巨牡蛎对SY电厂脱硫海水中Hg的主要累积途径为食物相。