长江流域河型水库微塑料污染特征及微塑料与雌二醇的吸附动力学研究

发布时间：2020-06-05 06:07

【摘要】：随着全球经济飞速发展,塑料被广泛应用于包装材料、汽车制造和医药等等各个领域。每年有大量塑料垃圾涌入淡水和海洋生态系统,引发了严重的环境污染问题。其中,直径小于5 mm的塑料颗粒被称为微塑料。从北极到南极,从表层水体到深海沉积物,都有微塑料的分布。根据塑料碎片来源不同,微塑料可分为初级微塑料和次级微塑料。初级微塑料即工业上生产的具有显微粒径的塑料。如磨料、清洁产品(磨砂类洁面产品、牙膏、去角质霜等)、塑料加工过程中使用的原材料和医药行业中使用的塑料微粒等,都属于初级微塑料。近年来,在海洋环境微塑料污染研究兴起之后,也有研究者开始关注内陆淡水环境的微塑料污染问题。还有研究者通过室内实验探索微塑料和水生生物之间的毒理作用、微塑料和各种污染物之间的吸附规律等。修建大坝隔断河流建成水库,水库周边尤其是大坝附近人口密度大,所受到的人类活动干扰比较多,蓄水后水库内水体流动有限,污染物的扩散随之受限,可能是微塑料聚集的潜在区域。三峡水库是中国最大的水库,坐落在重庆市至湖北宜昌的长江段,水库蓄水后产生了许多人为污染源,水库出现了重金属、有机污染物等生态环境问题。丹江口水库国家南水北调中线工程的水源地,水库的水质是中线工程成功的必要前提。针对这两座水库内微塑料污染的详细研究尚未展开,因此,本研究调查了三峡水库和丹江口水库的微塑料污染情况,希望能为中国水库微塑料污染现状提供有价值的背景信息。对三峡水库进行调查发现,在三峡水库,随着长江由农村流向城市,水中微塑料的浓度有逐渐增加的趋势,农村与城市之间微塑料的浓度有明显的差异(p0.05)。在大多数采样点中,表层水和沉积物中的微塑料丰度并不成正比。表层水和沉积物中微塑料浓度与每个采样点到大坝的距离之间没有显著的相关性(p0.05)。三峡水库微塑料以纤维状、透明、小体积和聚苯乙烯(PS)占优势。在水样中,密度较低的微塑料占大多数,如聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE);在沉积物中占多数的是PS。此外,还对几种微塑料表面吸附的化学污染物(壬酸、对甲醛和甲硫氨酸等)进行了鉴定。在丹江口水库,经调查发现,表层水和沉积物中都广泛分布着微塑料,丰度范围分别为467-15017 n/m3和15-40 n/kg。水库主体区域微塑料污染水平不高,微塑料浓度最高的采样点位于丹江口市的丹江口大坝附近。丹江口水库样品中检测到的微塑料以纤维状、彩色颗粒、小尺寸微塑料(2 mm)、PP为主。前人研究表明微塑料对多环芳烃、多氯联苯和抗生素等污染物具有较强的吸附性。本研究选取了环境激素中的雌二醇(Estradiol,E2)为吸附对象,研究其在PE、PP和PS三种成分微塑料上的吸附情况,并评估了外界温度和微塑料粒径大小对吸附作用的影响。结果显示,E2在三种微塑料上的吸附实验数值符合准二级动力学模型,对E2的吸附能力PEPPPS;微塑料对E2的吸附能力随温度的增加而降低;随着微塑料体积减小,比表面积逐渐增大,相应的吸附作用逐渐增强。本研究分析了三峡水库和丹江口水库水生态系统中微塑料的空间分布特征,讨论了微塑料污染物复合物在水库生态系统中的潜在影响,为进一步认识河流型水库的微塑料污染提供了有价值的参考资料;并通过室内模拟实验,对微塑料与雌二醇的吸附作用特征进行了研究,藉此分析了微塑料的环境风险。本研究丰富了内陆淡水系统(特别是饮用水源水库)微塑料污染数据,有助于饮用水源的水质改善和生态保护研究,三峡水库和丹江口水库微塑料风险评估与管理应引起重视。
【图文】：

雌激素,地表水,全球,河流

殖功能（钟垒等，２０１５）。曾有研宄观察到人类如果长期接触雌激素，男性生殖逡逑健康会受到影响（Ｓｕｍｐｔｅｒａｎｄ邋Ｊｏｂｌｉｎｇ，邋２０１３）。全球河流和地表水中雌激素的分逡逑布如图１．１所示。逡逑８逡逑

三峡水库,地理位置

口水库位于长江最大的支流汉江和丹江交汇处；长江流经三峡水库到达武汉市，逡逑丹江口水库的水资源经汉江也到达武汉市，并在此与长江主干河段交汇，两个水逡逑库的水资源至此都汇入长江（图１．２）。两个水库的微塑料污染关系到长江中下游逡逑水质安全，更对长江中游城市群的生态安全至关重要，尤其丹江口水库，因其是逡逑国家南水北调中线工程的重要水源地，水质安全的重要性不言而喻。目前，丹江逡逑口水库重金属、多环芳烃、抗生素和抗性基因等污染物都有报道，而微塑料的分逡逑布情况还不明晰。污染水通常是人类接触水传播疾病的主要途径，丹江口水库微逡逑塑料污染与我国无数居民的饮用水安全密切相关。而三峡水库整体微塑料污染的逡逑相关信息也处于缺失阶段，，亟待研宄者调查。逡逑ｆ逡逑凝Ｋ：：ｉ逡逑图１．２三峡水库和丹江口水库地理位置逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｌｏｃａｔｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔｈｒｅｅ邋Ｇｏｒｇｅｓ邋Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ邋（ＴＧＲ）邋ａｎｄ邋Ｄａｎｊｉａｎｇｋｏｕ邋Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ邋（ＤＪＫＲ）逡逑现如今，微塑料普遍存在于世界各地的水生环境中。鉴于微塑料特殊的理化逡逑性状，微塑料污染对水生环境造成了很大影响：微塑料体积小，易被水生生物误逡逑食
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院武汉植物园)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X524

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