吉林省四平市二龙湖表层水体有色溶解性有机物(CDOM)光学特性及PAEs的健康风险评价

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二龙湖是上游辽源市工业污水排放的受纳水体,并且一直发挥着防洪、灌溉、养殖、饮水、发电、旅游等多种功能,由于其受到各种污染源的影响,因此关注其环境质量及其深远的健康风险是有现实意义的。吉林省四平市二龙湖一直发挥着防洪、灌溉、养殖、饮水、发电、旅游等多种功能,但是其受到各种污染源的影响,因此关注其环境质量及其深远的健康风险是有现实意义的。利用遥感技术监测湖泊水环境的方法发展迅速。有色溶解有机物(Colored Dissolved Organic Material,CDOM)表征的是溶解性有机物中带发色团的那部分,对于短波长辐射强烈吸收,可以通过遥感技术进行快速检测。邻苯二甲酸酯(Phthalates Ester,简称PAEs)是一类重要的有机化合物,常用作增塑剂添加到聚合物体系中,由于其广泛的应用,已成为世界上最普遍的一类污染物。本研究选取已被美国国家环保局(EPA)列为优先控制的有毒污染物邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为研究对象,研究了25个监测点的邻苯二甲酸酯类物质的时空分布、来源与人体健康风险。本文以二龙湖水体为研究对象,利用荧光区域一体化(EEM-FRI)技术研究二龙湖水体有色溶解有机物(CDOM)的组成成分与来源,以分析CDOM吸收特性以及荧光特性与水质参数和邻苯二甲酸酯类(PAEs)同系物间的相关关系为主要内容,通过2017年、2018年野外采样与室内分析,对二龙湖CDOM光学特性与来源以及CDOM-PAEs相关性进行了研究,并对二龙湖湖泊内3种目标邻苯二甲酸酯同系物的人体健康风险评价进行研究。主要研究结果如下:(1)不同时期水相中CDOM的吸收表现出较明显的差异性。光谱斜率S275-295和E250:365值在三个水期的关系为丰水期>平水期>枯水期,SUVA254值在三个水期的关系:枯水期>平水期>丰水期发现,枯水期二龙湖水体中CDOM的芳香族化合物以及高分子量的富里酸组分占比较大,CDOM受陆源输入的影响较大,CDOM组成上大分子量有机物所占比例较高。丰水期受到降水的影响稀释了二龙湖水体中CDOM的芳香性组分和高分子量的富里酸组分,内源有机质较多,来自陆源的腐殖化程度较高的有机质减少,微生物的降解能力增强,产生大量小分子量有机物。(2)二龙湖在丰水期、枯水期、平水期三个水期FI310的均值均大于0.8,丰水期的FI310值高于枯水期和平水期,六月的微生物活性较高,生物来源的CDOM较多。通过ArcGIS空间分析直观的看出在三个水期微生物活动带来的内源CDOM在二龙湖南部较多。二龙湖水体的荧光指数FI370均值在三个水期值均小于1.4,水体中的CDOM主要来源于陆源。从荧光指数的ArcGIS空间分析特征来看,二龙湖水体中CDOM的来源主要受到岸边的土地利用类型,降水量及人为活动的影响。(3)二龙湖水体中的荧光组分主要为外源组分R3(富里酸类物质)和R5(腐植酸类物质),占总荧光强度的60.41%(2017年6月)、70.02%(2017年10月)和51.34%(2018年5月),Ⅲ和Ⅴ区域的荧光响应百分比P(3+5)值在枯水期高于丰水期和平水期,枯水期二龙湖水体中的外源CDOM占比多于丰水期和平水期。(4)通过对水质参数与荧光组分的相关性分析发现,水体中的DOC组分主要来源于可溶性微生物代谢副产物以及浮游植物降解的产物,少部分来源于外源如生活排污水以及土壤径流中的农业化肥残留等有机物。总的来说,二龙湖水体中CDOM主要组成为内源的色氨酸与微生物蛋白质类副产物以及外源的富里酸类与腐植酸类有机物。由于冰冻、降水、生活污水排放、农业废水和水生植物等因素,使得湖泊中的CDOM的组分与来源十分复杂。(5)三个季节二龙湖水体中毒性较大的DBP的平均浓度高于污染物的健康危害风险所对应的参考计量(RfD:3μg L-1),并且超出了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)规定的标准限值3.0μg L-1。二龙湖水体中CDOM的FRI组分与PAEs同系物间具有较好的相关关系。三种PAEs的和∑3PAEs与CDOM的荧光组分R3和R4间的相关系数分别为0.88(two-tailed,p<0.001)和0.89(two-tailed,p<0.001)。在表层自然水体中PAEs占CDOM的吸收的一部分,该实验结果提供了PAEs与CDOM的FRI的荧光组分之间的相关关系。为实施水质遥感快速准确监测提供依据,为基于遥感技术定量化水质监测和健康风险评价奠定理论基础。(6)对二龙湖水体进行了健康风险评价。在三个水期的两个暴露途径,二龙湖25个采样点的邻苯二甲酸酯的风险指数(HI)均小于1,所选取的邻苯二甲酸酯污染物中非致癌性健康风险贡献率最大的邻苯二甲酸酯均为DEP。水体中CDOM光学特性的研究是水色遥感研究的重要内容,有助于分析二龙湖中CDOM的组成成分、相对分子量、来源及建立CDOM-PAEs相关关系,是实施水质遥感快速准确监测的前提,以期为基于遥感技术定量化水质监测和健康风险评价奠定理论基础。
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