城市污水处理厂汞的污染特征与珠江入海口环境风险

发布时间：2017-07-07 18:17

  本文关键词：城市污水处理厂汞的污染特征与珠江入海口环境风险

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【摘要】：污水处理厂是汞的重要“汇”和“源”,由于外排水中普遍含有烷基汞(主要是甲基汞),有可能使受纳自然水体中的甲基汞含量增加,经其中的水生生物吸收后再经食物链的富集放大,可能给高等生物和人群健康带来风险。水环境中烷基汞的含量较低,目前烷基汞的国标方法存在较大弊端,亟需更新。本论文建立了水中烷基汞的测定方法—吹扫捕集/气相色谱冷原子荧光光谱法,并对方法的各参数进行优化,以适应各种水体。为弄清汞在污水处理厂的迁移转化过程,选取典型污水处理厂,并采集不同工艺环节的污水和污泥,对样品中不同形态汞的含量、分布特征、迁移转化规律进行了初步研究,并对污水处理厂中总汞和总甲基汞的质量平衡进行估算。此外,还研究了珠江口水产品中汞的含量水平并对食用风险进行了评估。1水质烷基汞吹扫捕集/气相色谱冷原子荧光光谱法分析方法的建立(1)确定了最佳衍生化pH值,结果表明甲基汞的最佳衍生化pH值为5.5~6.5,乙基汞的最佳pH值范围相对甲基汞要宽,因而烷基汞的最佳衍生化pH为5.5~6.5。(2)确定了水样需蒸馏前处理和最佳蒸馏温度。在125℃下,污水厂出水、江水和自来水3种基质中乙基汞回收率最高,均在80%以上,而且基质加标回收率的稳定性较高。(3)干扰的消除。吡咯烷二硫羧酸溶液(APDC)对不同水体中烷基汞检测有一定帮助,但对于乙基汞的效果不明显(80%以下)。Cl-浓度的变化对甲基汞的回收率有所影响,但对乙基汞影响较小。CuSO4溶液的加入对甲基汞的回收率影响较大,其中对海水的影响最为明显(由73.9%增长至89.7%)。饱和CuSO4溶液对水体的改性有助于乙基汞的检测。(4)确定了方法检出限、准确度和精密度。甲基汞和乙基汞的检出限(S/N=3.14)为0.007 ng/L和0.004 ng/L。在水样中加入(浓度为0.1 ng/L)4.5 pg的烷基汞标样,平均相对标准偏差为3.94%,甲基汞和乙基汞加标回收率在92.90~96.52%,78.73~87.55%之间,可见该方法重现性好。2新塘污水处理厂汞的迁移转化过程(1)污水处理厂进水中总甲基汞及溶解态甲基汞随时间波动较小(1.23~3.07 ng/L;0.71~2.24 ng/L),污水中进水中甲基汞主要以溶解态存在。污水处理厂出水中总甲基汞及溶解态甲基汞波动幅度较进水大幅降低(0.022~0.059 ng/L;0.020~0.041 ng/L),出水中仍以溶解态甲基汞为主,甲基汞的出水浓度均满足国家相关排放标准要求。污水处理厂进水中总汞和溶解态总汞含量皆极不稳定,在11.54~102.67 ng/L和9.45~80.02 ng/L之间波动,均值分别为40.26±26.55 ng/L和32.95±20.35 ng/L。进水中主要以溶解态总汞形式存在(76.0%~90.3%;83.1%±4.9%),沉砂池对颗粒态汞能有效去除(总汞去除率15.8%±7.1%)。污水经过各处理工艺后,总汞和溶解态总汞均得到很好的消除(73.71%±19.33%;75.01%±16.19%),并且总汞含量趋于稳定。(2)该污水处理厂对总甲基汞和溶解态甲基汞的去除率分别达97.8%和97.3%,甲基汞的去除主要发生在反应池(A2/O),污水经反应池处理后总甲基汞和溶解态甲基汞的去除率分别达88.4%和90.1%。(3)常规指标对甲基汞的迁移转化有重要影响。在厌氧区和缺氧区,pH值与总甲基汞与溶解态甲基汞的含量具有显著的负相关关系,而在好氧区的甲基汞与pH则呈现显著正相关。厌氧区和好氧区中总甲基汞和溶解态甲基汞与溶解氧不存在相关性。在好氧区,温度与甲基汞呈现较为显著的正相关性。(4)从污水处理厂整体工艺对甲基汞的去除率可以看出,平均每天离开污水处理厂的甲基汞比进入污水处理厂的甲基汞减少了205.18 mg,占进水中甲基汞的比例高达99.0%。总汞的质量平衡闭合为81.0%,每天离开污水处理厂的总汞比进水中的总汞减少5429 mg。(5)不同污水处理厂污泥中的甲基汞含量差异较大(CV=103.9%)。污泥总汞浓度基本在1000~2500 ng/g之间,相比甲基汞,不同污泥中总汞含量的差异相对较小(CV=44.9%)。3珠江入海口海产品中汞含量特征及食用风险(1)珠江入海口11种海产品中甲基汞和总汞的质量浓度范围分别为21.7~197.0ng/g和27.1~231.4 ng/g,鱼类甲基汞和总汞明显高于其它地区野生捕捞或市售鱼,贝类总汞和甲基汞含量与其它地区相差较大,而甲壳类相差甚微。不同种类海产品中总汞和甲基汞均值顺序为:鱼类甲壳类贝类,食物链层级是关键影响因素。而同种类中不同海洋生物的总汞和甲基汞含量水平则与捕食的水层密切相关。(2)11种海产品体内甲基汞占总汞的比例范围为70.2%~92.9%,甲基汞和总汞显著相关性表明它们的同源性。(3)利用水产品中含量限值和人体摄入参考剂量进行评估,表明食用珠江入海口海产品甲基汞人体暴露水平在安全范围内,但敏感人群食用特定海产品的种类和频次要引起一定注意。
【关键词】：汞 分析方法 污水处理厂 迁移转化 暴露风险
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-24
• 1.1 汞的毒性12
• 1.2 汞的迁移转化规律及影响因素12-17
• 1.2.1 汞的污染来源及现状12-13
• 1.2.2 水体中汞的形态、来源、迁移及甲基化13-17
• 1.3 目前国内外烷基汞分析方法研究进展17-20
• 1.3.1 预处理方法17-18
• 1.3.2 检测仪器18-20
• 1.4 污水处理厂汞的研究进展20-21
• 1.5 论文的工作内容及技术路线21-22
• 1.5.1 研究内容21
• 1.5.2 技术路线21-22
• 1.6 研究目的和研究意义22-24
• 2 水质烷基汞分析方法的建立24-38
• 2.1 标准样和标准物质24
• 2.2 全自动烷基汞分析仪运行参数24
• 2.3 实验方法及原理24-26
• 2.4 水样汞分析过程中产生的干扰及其解决方法26
• 2.4.1 实验器皿的汞污染去除26
• 2.4.2 实验室内及操作过程中汞污染的去除26
• 2.5 标准曲线26-27
• 2.6 结果与讨论27-31
• 2.6.1 pH对烷基汞衍生化反应的影响27
• 2.6.2 蒸馏对烷基汞的影响27-28
• 2.6.3 蒸馏温度对烷基汞的影响28
• 2.6.4 基体改性对烷基汞的影响28-31
• 2.7 蒸馏-丙基化-GC-CVAFS方法的检出限及精密度31-36
• 2.7.1 蒸馏-丙基化-GC-CVAFS方法的检出限31
• 2.7.2 蒸馏-丙基化-GC-CVAFS方法的精密度31-35
• 2.7.3 蒸馏-丙基化-GC-CVAFS方法的准确度35-36
• 2.8 本章小结36-38
• 3 汞在污水处理厂中的赋存特征及质量平衡38-51
• 3.1 污水处理厂的工艺状况38
• 3.2 质量控制措施38-39
• 3.2.1 现场测定质量控制39
• 3.2.2 实验室分析质量控制39
• 3.3 样品采集与分析方法39-42
• 3.3.1 样品的采集与保存39-40
• 3.3.2 不同环境样品中汞的分析方法40-42
• 3.4 结果与讨论42-49
• 3.4.1 水处理工艺对烷基汞形态转化的影响42-44
• 3.4.2 水处理工艺对总汞形态的转化影响44-46
• 3.4.3 常规指标对汞迁移转化的影响46-48
• 3.4.4 总汞及烷基汞的质量平衡48-49
• 3.5 不同类型污水处理厂污泥中汞的含量水平与环境风险49
• 3.6 本章小结49-51
• 4 珠江入海口海产品中总汞与甲基汞含量特征及食用风险51-59
• 4.1 鱼样的采集和保存51-52
• 4.2 仪器与试剂52
• 4.3 样品预处理与仪器分析52
• 4.4 质量保证与质量控制52-53
• 4.5 结果与分析53-58
• 4.5.1 总汞和烷基汞的含量水平与分布特征53-55
• 4.5.2 烷基汞和总汞的比率与同源性55
• 4.5.3 海产品中烷基汞和总汞含量评估55-56
• 4.5.4 海产品食用风险评估56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 结论59-62
• 参考文献62-72
• 致谢72-73
• 攻读学位期间的研究成果73

【参考文献】

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本文编号：531301