滇池沉积物中多氯联苯、多环芳烃及重金属的污染特征研究

发布时间：2017-08-31 05:35

  本文关键词：滇池沉积物中多氯联苯、多环芳烃及重金属的污染特征研究

  更多相关文章： 多环芳烃 多氯联苯 重金属 沉积物 污染特征 滇池

【摘要】：多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和有毒重金属在环境中具有长期残留、生物蓄积和高毒性等特性,被认为是21世纪影响人类生存与健康的重要环境问题,已成为当今环境科学研究的热点之一。同时,疏水亲脂的特性使得它们在排入水环境后,容易被吸附在悬浮颗粒物中,并随着沉降作用进入水体沉积物。因此,这些物质沉积物中的含量往往比水相中高几个数量级,沉积物被认为是水环境中该类污染物污染程度的“指示剂”,能较客观地反映其在水体中的污染状况。所以,及时掌握沉积物中PCBs、PAHs和有毒重金属等污染物的污染特征具有十分重要的意义。然而,因沉积物环境介质成分复杂,使得其中PCBs、PAHs的准确定性定量分析成为了研究的难点,我国至今还没有建立相应的标准分析方法。滇池作为我国水污染重点治理的浅水型高原湖泊,其氮磷富营养化问题一直是研究和关注的重点,而有关滇池沉积物中PCBs、PAHs和有毒重金属等持久性污染物的研究,所涉及的指标、研究区域和深度都非常有限,难以全面反映这些污染物在滇池的整体污染情况,对其污染防治指导性不强。鉴于此,本文以滇池沉积物为研究对象,建立了同时测定沉积物中PCBs和PAHs的分析方法；在滇池及其主要河口分别采集了23个和18个表层沉积物样品,并在滇池外海采集了8根柱状沉积物样品,运用所建立的分析方法对其中28种PCBs和16种PAHs的含量进行测定,利用原子荧光光度计和石墨炉原子吸收光谱仪对表层沉积样品中7种重金属的含量进行测定；对滇池沉积物中这三类污染物的污染水平、分布特征、环境来源、潜在生态风险和污染历史等方面进行了深入的研究,旨在确定主要污染物和重点污染控制区,为滇池该类污染物的污染治理提供科学依据。(1)对沉积物样品萃取、净化及仪器分析等条件进行了优化,建立了加速溶剂萃取-固相萃取净化-气相色谱/三重四极杆串联质谱联用技术分析方法(ASE-SPE-GC-QqQ-MS/MS)。该方法PCBs和PAHs的检出限分别为0.001～0.08 ng/g和0.07～0.45 ng/g,定量限分别为0.003～0.25 ng/g和0.24～1.67 ng/g,样品加标回收率分别为95.9-125.6%和70.6-121.8%,方法相对标准偏差分别为0.8%-5.4%和1.7%-11.4%,可同时萃取、净化、分析测定沉积物中28种PCBs和16种PAHs。(2)滇池湖区和河口表层沉积物中∑PCBs的含量分别为160-78213 ng kg-1 d.w.(均值：5487 ng kg-1 d.w.)和266-68183 ng kg-1 d.w.(均值为11012 ng kg-1 d.w.)。总体而言,草海及其河口表层沉积物中∑PCBs的含量明显高于外海及其河口,外海北部区域的含量明显高于其南部和中部区域；PCBs主要通过入湖河流的夹带冲刷进入滇池,河流的分布及其流经区域对滇池沉积物中PCBs的含量及其分布产生较大的影响；TOC不是影响PCBs含量分布的主要因素。柱状沉积物EPCBs的含量为N.D.-8488 ng kg-1 d.w.,表层的含量最高,随着深度的增加逐渐降低。总体而言,0-30cm区间PCBs的含量较高,60cm以下基本不能检出；受入湖河流污染物排入的影响,C1柱状沉积样品∑PCBs含量变化幅度和平均值明显大于其他样品,其余样品比较接近；类似于表层沉积物,柱状沉积物中PCBs的污染状况也是北部南部中部。沉积物中的PCBs以中、低氯代为主,3-6氯代PCBs占∑PCBs的比例分别为4.9%-97.9%和85.60%-91.43%,PCBs主要来自低、中氯Aroclor工业产品混合物。表层沉积物中12种类二VA英类PCBs的含量为ND-15958 ng kg-1 d.w(均值1013 ng kg-1 1d.w.),其中,草海和外海北部的含量较高,可能会对生物的生长发育造成一定的负面影响；同时草海北部区域TEQ含量(R1:26.57 ngTEQ kg-1 d.w.; S1:18.38 ngTEQ kg-1 d.w.)也较高,该区域受PCBs的潜在毒性影响较大,而大部分区域受PCBs潜在毒性影响较小；柱状沉积物PCBs的生态风险较小。(3)滇池草海和外海表层沉积物中∑PAHs的含量分别为1492-11070 ng g-1d.w.(均值4748ng g-1 d.w.)和210-2506 ng g-1 d.w(均值1062 ng g-1 d.w.);草海北部的含量明显高于草海中部和南部；草海明显高于外海；外海北部区域高于外海中部和南部区域。河口表层沉积物中,老运粮河河口R1的∑PAHs含量最高(12271 ng g-1d.w.),白鱼河河口R13的含量最低(230 ngg-1d.w.)；草海和外海入湖河口的平均含量分别为5468和2243 ng g-1 d.w.,草海河口的平均含量明显高于外海河口；河流是滇池PAHs的主要汇入途径,河流的分布及其流经区域对PAHs含量分布产生较大的影响。PAHs和TOC的相关性分析结果表明,TOC对LPAHs在滇池湖体表层沉积物中的分布、迁移和归宿有着非常重要的作用,而对HPAHs的影响则较小。8根柱状沉积物中EPAHs的含量为：38-2506 ng g-1 d.w.;表层PAHs的含量最高,随深度增加呈明显的下降趋势；总体而言,滇池柱状沉积物PAHs的污染程度为北部南部中部；与其他地区比较,滇池外海柱状沉积物中∑PAHs的含量处于中等污染程度。HPAHs为滇池沉积物PAHs的主要组成部分,PAHs主要来源于草、木材、煤炭等生物质的燃烧,这一结果基本符合滇池周边区域社会经济发展状况。草海北部及其河口区域S1、R1、R3和外海入湖河口R8和R9∑PAHs的含量介于ERL和ERM之间,表明在一定的条件下,这些区域可能会产生生物毒性效应；其他区域低于ERL值,产生生物毒性效应的可能性较小。草海北部(S1)、草海主要入湖河口(R1、R2、R3)和外海河口(R11)TEQcare值大于400 ngTEQ g-1 d.w.,环境潜在生态危害较大,而大部分区域潜在生态危害相对较小；dBanA、BaP、BbF和BaA产生的生态危害较大,应作为PAHs污染控制的重点。外海柱状沉积物的潜在生态危害较小。(4)对滇池及其河口表层沉积物中7种重金属(As、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Hg)的含量进行分析,并采用地质累积指数法和潜在生态风险指数法评价其污染程度和生态危害。结果表明,滇池草海北部重金属的含量最高,草海湖区及其入湖河口重金属的污染强度明显高于外海湖区及其入湖河口；以“全国土壤环境质量标准”为依据,As和Cd是沉积物中主要的超标污染物。地质累积指数法评价结果表明,草海及其河口沉积物中Cd达到了“严重”污染程度,是主要重金属污染物,其他金属总体处于“中度”以下污染程度；外海及其河口所有金属基本处于“清洁”到“偏中度”污染程度。潜在生态风险评价结果表明,草海湖区及其入湖河口沉积物总体上达到了“很强”的潜在生态危害程度,而外海及其河口大部分区域总体属于“低度”危害程度。Cd是最主要的潜在生态危害重金属污染物,其次是Hg、As、Pb和Cu,而Zn和Cr对潜在生态危害指数的贡献率很小,在整个研究区域产生的潜在生态风险均为“轻微”。相关性和主成分分析结果表明,滇池沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg和As可能有相似的污染来源。
【关键词】：多环芳烃 多氯联苯 重金属 沉积物 污染特征 滇池
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X524
【目录】：

• 摘要6-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-21
• 1.1 研究背景、目的及意义17-19
• 1.2 研究内容19
• 1.3 课题来源19-21
• 第二章 文献综述21-43
• 2.1 多氯联苯概述21-26
• 2.1.1 多氯联苯的结构与理化性质21-23
• 2.1.2 环境中多氯联苯的来源、迁移转化23
• 2.1.3 环境中多氯联苯的毒性23-24
• 2.1.4 沉积物中多氯联苯的污染现状研究进展24-26
• 2.2 多环芳烃概述26-34
• 2.2.1 多环芳烃的结构与理化性质26-29
• 2.2.2 环境中多环芳烃的来源29-30
• 2.2.3 环境中多环芳烃的迁移和转化30
• 2.2.4 环境中多环芳烃的危害特性30-31
• 2.2.5 沉积物中多环芳烃的研究现状31-34
• 2.3 沉积物样品中多氯联苯和多环芳烃的分析方法34-39
• 2.3.1 样品预处理方法研究进展35-38
• 2.3.2 多环芳烃和多氯联苯的检测分析38-39
• 2.4 重金属概述39-43
• 2.4.1 重金属的性质39-40
• 2.4.2 重金属的来源40
• 2.4.3 重金属的生态毒性40-41
• 2.4.4 沉积物中重金属的研究现状41-43
• 第三章 多氯联苯和多环芳烃分析方法的建立43-53
• 3.1 实验设备、材料及试剂43-45
• 3.1.1 标准品43
• 3.1.2 试剂43
• 3.1.3 实验设备及材料43-44
• 3.1.4 实验前准备工作44-45
• 3.2 实验方法45-46
• 3.2.1 样品采集、保存45
• 3.2.2 样品前处理45-46
• 3.2.3 样品分析46
• 3.3 结果与讨论46-51
• 3.3.1 萃取条件优化46
• 3.3.2 净化条件优化46-48
• 3.3.3 GC-QqQ-MS/MS分析条件优化48-51
• 3.4 方法学验证51-52
• 3.5 小结52-53
• 第四章 研究区域及实验部分53-59
• 4.1 滇池基本概况53-54
• 4.1.1 湖泊结构53
• 4.1.2 水体功能53
• 4.1.3 河流水系53
• 4.1.4 水环境质量53-54
• 4.2 实验部分54-59
• 4.2.1 样品的采集与保存54-56
• 4.2.2 PCBs、PAHs分析方法56-57
• 4.2.3 重金属实验部分57-58
• 4.2.4 数据处理58-59
• 第五章 滇池沉积物中多氯联苯污染特征研究59-77
• 5.1 滇池及其河口表层沉积物中多氯联苯的污染特征59-68
• 5.1.1 多氯联苯的含量分布59-61
• 5.1.2 总有机碳对沉积物中多氯联苯含量分布的影响61-62
• 5.1.3 多氯联苯的组成特征62-63
• 5.1.4 多氯联苯的来源解析63-66
• 5.1.5 多氯联苯的污染风险评价66-68
• 5.2 滇池柱状沉积物中多氯联苯的污染特征68-76
• 5.2.1 多氯联苯的含量水平68-69
• 5.2.2 多氯联苯垂直分布特征69-71
• 5.2.3 多氯联苯组成分布特征71-73
• 5.2.4 多氯联苯来源解析73-74
• 5.2.5 多氯联苯污染风险评价74-76
• 5.3 小结76-77
• 第六章 滇池沉积物中多环芳烃污染特征研究77-100
• 6.1 滇池及其河口表层沉积物中多环芳烃的污染特征77-91
• 6.1.1 多环芳烃的含量及分布77-82
• 6.1.2 与其他地区沉积物中多环芳烃含量水平的比较分析82
• 6.1.3 总有机碳(TOC)对沉积物中PAHs含量分布的影响82-84
• 6.1.4 PAHs的组成特征84-85
• 6.1.5 PAHs的源解析85-87
• 6.1.6 PAHs的潜在生态风险评价87-91
• 6.2 滇池柱状沉积物中PAHs的污染特征研究91-98
• 6.2.1 PAHs的含量分布91
• 6.2.2 PAHs的垂直分布特征91-94
• 6.2.3 PAHs的组成特征及来源解析94-97
• 6.2.4 多环芳烃污染的生态风险评价97-98
• 6.3 小结98-100
• 第七章 滇池沉积物中重金属污染特征研究100-121
• 7.1 滇池湖区及其河口表层沉积物中重金属的污染特征100-103
• 7.1.1 重金属的含量100-103
• 7.2 地质累积指数评价103-109
• 7.2.1 评价方法103-104
• 7.2.2 评价结果104-109
• 7.3 潜在生态风险评价109-117
• 7.3.1 评价方法109-110
• 7.3.2 评价结果110-117
• 7.4 重金属元素的相关性和主成分分析117-120
• 7.4.1 重金属元素的相关性117-118
• 7.4.2 重金属元素的主成分分析118-120
• 7.5 小结120-121
• 第八章 结论与展望121-125
• 8.1 结论121-123
• 8.1.1 沉积物中多氯联苯和多环芳烃的分析方法121
• 8.1.2 多氯联苯121-122
• 8.1.3 多环芳烃122
• 8.1.4 重金属122-123
• 8.1.5 多氯联苯、多环芳烃和重金属的污染共性123
• 8.2 创新点123
• 8.3 展望123-125
• 致谢125-126
• 参考文献126-139
• 附录A 攻读博士期间科研成果139-140

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 胡春华;李鸣;夏颖;;鄱阳湖表层沉积物重金属污染特征及潜在生态风险评价[J];江西师范大学学报(自然科学版);2011年04期

2 高会旺,张英娟,张凯;大气污染物向海洋的输入及其生态环境效应[J];地球科学进展;2002年03期

3 赵文昌;程金平;谢海;马英歌;王文华;;环境中多环芳烃(PAHs)的来源与监测分析方法[J];环境科学与技术;2006年03期

4 孙艳,何孟常,杨志峰,李杏茹,谢孟峡;黄河中下游表层沉积物中多氯联苯的污染特征[J];环境化学;2005年05期

5 李辉;潘学军;史丽琼;米娟;宋迪;赵磊;刘晓海;贺彬;;湖泊内源氮磷污染分析方法及特征研究进展[J];环境化学;2011年01期

6 张霖琳;梁宵;魏复盛;;汀江某河段底泥中重金属含量的测定及生态风险评价[J];环境化学;2012年07期

7 ;Organochlorine compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons in surface sediment from Baiyangdian Lake,North China:Concentrations,sources profiles and potential risk[J];Journal of Environmental Sciences;2010年02期

8 胡国成;郭建阳;罗孝俊;陈社军;许木启;戴家银;麦碧娴;李凤超;;白洋淀表层沉积物中多环芳烃的含量、分布、来源及生态风险评价[J];环境科学研究;2009年03期

9 邢颖;吕永龙;刘文彬;史雅娟;罗维;任鸿昌;;中国部分水域沉积物中多氯联苯污染物的空间分布、污染评价及影响因素分析[J];环境科学;2006年02期

10 杨春，，姚渭溪;造纸漂白废水中多氯联苯的测定[J];环境科学;1994年06期

本文编号：763754