上海淀山湖典型持久性有机污染物（POPs）多介质迁移、归趋及模拟研究

发布时间：2017-12-29 00:05

  本文关键词：上海淀山湖典型持久性有机污染物（POPs）多介质迁移、归趋及模拟研究　出处：《华东师范大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：淀山湖是上海市境内最大的自然淡水湖泊和黄浦江上游重要的水源保护区。环淀山湖区域是太湖流域投资增长和社会发展较具活力的地区之一,随着区域社会经济的发展,污染物排放总量和种类趋于上升,环境污染问题不断凸显。持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)是一类可借助空气进行长距离传输、沉降,在陆地和水生生态系统中不断累积,对环境质量和人体健康造成潜在威胁的天然或人类活动产生的有机污染物质。考虑到该类污染物的危害性及环淀山湖区域人为源POPs环境行为研究的欠缺性,本文针对淀山湖POPs的多介质环境行为进行了系统研究,采集淀山湖四季的水体、沉积物和水生生物样品,研究其中PAHs(多环芳烃)、PCBs(多氯联苯)和OCPs(有机氯农药)的时空赋存特征,探讨其主要来源和存在的生态风险。此外,本研究结合淀山湖实际环境参数,建立了基于逸度方法的QWASI(Quantitative Water Air Sediment Interaction)模型,模拟了 PAHs在多介质环境中的迁移转化过程,为实现污染物的实时监控和该地区环境治理工作提供重要参考和科学依据。本次研究结果表明:1)淀山湖水体溶解相、颗粒相和沉积物PAHs季节变化特征基本一致,冬、春季要高于夏、秋季。水体溶解相PAHs以2-3环为主,5-6环所占比例较低;颗粒相PAHs仍以2-3环为主,冬季最为突出,但4环及以上所占比重较溶解相有所上升。PAHs在水体溶解相与颗粒相间的分配系数(KP,5.13×102～1.81×l06L/kg)季节变化明显,冬春季明显高于夏秋季,说明PAHs在低温条件下更易吸附在悬浮颗粒物上;沉积物4环PAHs占比最高,5-6环PAHs占比显著提升,无明显季节变化。PAHs在溶解相中的空间分布特征为:入湖河流湖体出湖河流,颗粒相湖体浓度高于环湖河流,沉积物湖体PAHs浓度低于环湖河流。PAHs在水体悬浮颗粒相与沉积物中的浓度与总有机碳(TOC)含量之间均不存在显著相关性。与国内外研究相比,淀山湖水体中PAHs含量低于国内大部分湖泊且远低于西欧、北美主要国家湖泊与河流PAHs含量,处于低水平。沉积物中PAHs浓度低于大多数研究区域,但超过了一些自然保护区和人烟稀少地区PAHs浓度,存在一定程度的PAHs污染。沉水植物PAHs浓度高于挺水植物和浮水植物,以2-3环PAHs为主,4环PAHs占比最小,浮水植物5-6环PAHs比重最低。鱼体中PAHs平均浓度为367.81 ng/g,与国内外已有研究结果相比处于中度污染水平,应予以重视。2)水体和沉积物中PCBs浓度季节变化均为冬季春季夏季秋季,均以五氯联苯为主,水体均值30.47 ng/L,高于长江上游支流,应予以一定的重视,沉积物均值5.50ng/g,浓度低于国内外绝大多数研究区域,污染水平较低。水体中PCBs湖体浓度高于环湖河流,沉积物与之相反。水生植物PCBs浓度种间变化:苦草竹叶眼子菜菹草芦苇凤眼莲,平均浓度40.7 ng/g,沉水植物PCBs含量普遍高于浮水植物和挺水植物,优势组分为六氯联苯和五氯联苯。主要鱼类PCBs浓度变为:红鳍湆翘嘴红湆鲫鱼黄颡鱼草鱼鲤鱼,平均浓度32.16 ng/g,低于国内外大多数研究区域,污染水平较低,组成结构仍以五氯联苯为主。3)水体中OCPs浓度呈现春季秋季夏季冬季的特征,春、秋季OCPs的浓度明显高于夏季和冬季,与农业活动密切相关,湖体浓度大于环湖河流,与国内外相关研究对比,该区域水环境OCPs污染水平较低。沉积物OCPs平均浓度为25.44 ng/g,季节变化特征与PCBs基本一致,冬季和春季浓度相对较高,差别小,夏季浓度最低,总体污染水平较低,湖体浓度大于环湖河流。水生植物OCPs含量变化为:竹叶眼子菜菹草苦草芦苇凤眼莲,平均浓度60.39 ng/g,同样是沉水植物浓度最高,浮水植物最低,HCHs类有机氯农药中γ-HCH含量在5种水生植物中均为最高。OCPs浓度变化为黄颡鱼草鱼鲫鱼鲤鱼红鳍湆翘嘴红湆,平均浓度64.88 ng/g,OCPs含量处于较低水平。水体、沉积物、水生植物和鱼类均以HCHs和DDTs类有机氯农药为优势组分。4)特征比值法判源结果表明,淀山湖水环境系统中,水体溶解相、颗粒相和沉积物主要来源于煤炭及生物质燃烧,以冬、春季表现最为显著,夏秋季三相中PAHs来源复杂度提升,以沉积物表现最为明显;主要鱼类和水生植物体中PAHs同样来源于煤炭和生物质燃烧,水生植物中PAHs的来源更加复杂,石油源和燃烧源的贡献同样显著。主成分分析法进一步揭示出,石油泄漏与挥发、焦炭燃烧和交通燃油对淀山湖水体和沉积物中PAHs亦有显著影响,交通源(汽油和柴油燃烧)对水体颗粒相的影响在春季表现突出。沉积物中汽油和柴油(交通源)燃烧及焦炭燃烧、石油泄漏与挥发来源贡献高于水体颗粒相和溶解相,来源广泛。水生植物主要来源于焦炭、煤炭和生物质燃烧,鱼体中PAHs来源受汽油和柴油的燃烧(交通源)影响显著。5)分析同系物比值结果对各环境介质中PCBs与OCPs进行来源判断,结果表明淀山湖水体和沉积物中PCBs主要来源于含PCBs的油漆或涂料的使用,水体中以夏季表现最为显著。沉积物在冬、春季还受到进口电容器中PCBs泄露、迁移及电力电容器浸渍剂的影响;鱼体PCBs主要来源于含PCBs的涂料或油漆的使用,水生植物PCBs主要来源于含PCBs的涂料或油漆的使用及进口电容器中PCBs的泄露和迁移。分析淀山湖多介质环境中HCHs和DDTs同分异构体的组成特征,初步得出淀山湖水体和沉积物环境中HCHs类物质在冬季主要来源于工业生产,春、夏、秋三个季度多来源于农业生产;鱼体和水生植物中HCHs类物质主要为农业生产来源;水体和鱼体中DDTs来源多为近期输入,沉积物为近期输入和历史残留的混合来源,季节差异明显。水生植物中DDTs主要为历史残留和长期风化产物。6)PAHs的生态风险评价结果显示,淀山湖水体中对人体有显著致癌风险的PAHs风险值较小;悬浮颗粒物中单体Acy、Flo、Ant、Phe、BaA、BbF与BkF生态毒性的季节性差异较显著,冬季最大,夏季最小;沉积物中多数PAHs单体相对处于中等风险水平(RQ(NCs)≥1且RQ(MPCs)1),部分单体(Acy、Chr、BkF、InP、DahA和BghiP)处于低风险水平。水体中PCBs存在一定的生态风险,应予以重视;DDTs与HCHs类物质、七氯和环氧七氯等,均低于国标标准值,对环境影响较小;PCBs在沉积物中含量水平均在ISQG值以下,对生物体的暴露程度处于可接受范围内,风险较小,DDTs与Endrin浓度高于ERL但低于ERM,有潜在的生态风险,但属于较低水平。鱼体中POPs健康风险评价结果表明:PAHs致癌风险的最大允许日摄入量普遍低于人体日常食鱼速率,存在一定的致癌风险;PCBs致癌风险与非致癌风险的最大摄入量均高于人体每天食鱼速率,对人体健康风险较小;HCHs与DDTs类物质存在一定的致癌风险,且HCHs类物质带来的健康风险要大于DDTs类,黄颡鱼、草鱼和鲤鱼的致癌风险相对较大,非致癌风险最大允许日摄入量普遍大于人体日食鱼速率,非致癌性健康风险较小。7)结合研究区域特征改进环境参数和溶解度、蒸气压等与温度相关的理化参数,设定季度稳态和年稳态条件,建立QWASI逸度模型对淀山湖16种PAHs在湖泊系统(大气-水-沉积物)中的赋存和迁移转化特征进行模拟,模拟浓度结果与实测值一致性较好。利用灵敏度方程对模型输入参数进行灵敏度分析,确定本研究中的敏感参数。采用蒙特卡罗方法对参数进行3000次拟合计算,验证了模型稳定性。模型模拟结果表明,沉积物中PAHs浓度和总量最大,是湖泊系统中PAHs重要的汇。水体悬浮颗粒相和沉积物固体颗粒相PAHs浓度较大,吸附特征显著。生物相浓度明显高于水中溶解相,表现出一定的富集特征。三相中PAHs的主要迁移方向为大气至水体至沉积物,但是Nap由水体向大气的迁移过程显著。除了 Nap表现为排放输入是主要来源外,平流输入是大气中其他PAHs的主要来源,平流输出是主要的去除途径;沉积物中PAHs的主要来源为水中颗粒物沉降,扩散和降解是主要的去除方式;水体平流输入、大气干湿沉降及大气、水体间的扩散输入是水体PAHs主要来源,主要去除过程为水中颗粒物沉降。从季度变化来看,夏季各相间的扩散过程最为活跃,迁移通量达到一年中的最大值,其他迁移过程则在春季表现出相对高值。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X592

【参考文献】

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本文编号：1347965