天津市大沽河沉积物典型持久性有机污染物污染特征与生态风险

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沉积物作为水体生态系统的重要组成部分,不仅是持久性有机污染物(POPs)重要的汇,而且其蓄积的POPs还可以通过二次释放重新进入水体,对生态环境和人类身体健康造成威胁。天津市大沽排水河一直是天津市海河以南主要市政污水的受纳水体,并且已有50年未进行清淤。2009年,随着经济社会以及城市建设的发展,天津市政府将治理城市污水河道及景观河道纳入计划,对大沽排水河进行了沉积物疏浚。本文在大沽排水河疏浚前后分三次在16个点采集了40份沉积物样品,测定了其理化性质,并利用气相色谱和气相色谱质谱联用仪对沉积物中典型POPs-多环芳烃(PAHs)、有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)进行了分析,并对前两次所采集沉积物的POPs进行了来源解析。最后,通过沉积物中POPs对泥螺的毒性实验,初步建立了大沽排水河沉积物中部分主要POPs的临时环境质量基准。本论文的主要研究结论如下:   1.大沽排水河三次采样沉积物有机碳含量范围分别为0.53%~5.85%,1.02%~9.53%,1.24%~8.38%,显示为典型的流速较慢污染严重的河流环境。沉积物的有机质是吸附POPs的重要成分。   2.在大沽河沉积物中,16种优先控制PAHs均可检出,三次采样沉积物PAHs总浓度范围分别为377~3696,467~9404和370~5607 ng/g,平均浓度分别为1365,1900和2041 ng/g,沉积物中PAils浓度没有明显的空间分布特征。疏浚前后PAHs总量变化没有明显的规律。沉积物中PAHs以3~4环PAHs为主,分别平均占PAHs总量的64.7%,66.3%和68.1%,疏浚后沉积物样品中高环(4~6环)PAHs含量有一定的上升。   3.三次采样沉积物10种OCPs(分别为四种六六六(HCHs)立体异构体、DDT及其两种主要代谢产物、艾氏剂、狄试剂及七氯)总浓度范围分别为20.3~979,13.0~837和47.0~398 ng/g,平均浓度分别为183,140和93.5 ng/g,大沽河下游沉积物OCPs明显高于中上游地区,这与其下游密集的工业生产活动有关。疏浚后OCPs浓度明显下降。OCPs以HCHs和DDTs类物质为主,前者分别平均占三次采样沉积物的OCPs总量的54.8%,59.2%和80.0%,后者分别平均占OCPs总量的30.2%,26.5%和13.1%。   4.沉积物中15种PCBs均有检出,前两次采样沉积物PCBs总浓度范围分别为10.0~807 ng/g和13.1~673 ng/g,平均浓度分别为167 ng/g和130ng/g,大沽河下游沉积物PCBs含量高于中上游地区,这可能与其处于工业区与工业生产活动有关。前两次采样沉积物中三、四、五氯取代联苯占了沉积物PCBs总量的大部分,平均含量分别超过了65%和58%。疏浚后沉积物PCBs的组成成分也发生了较大的变化,总体趋势为低氯取代联苯(3~4)一般降低,降幅分别达到24.8%和17.9%,最高达到88%和85%,而5~6氯取代联苯的含量则出现了不同程度的上升,上升幅度分别为17.1%,17.5%,7~8氯取代联苯则基本保持不变。   5.用比值法对前两次采样大沽排水河中表层沉积物中的PAHs和OCPs进行定性源解析。前两次采样沉积物中PAHs的来源均以煤柴燃烧为主,其次为油料燃烧;前两次采样的HCHs类污染物主要与工业污染源有关,第一次采样部分点位有新的DDTs的输入,第二次采样DDE,DDD主要源于长期风化作用造成在环境中的残留,大沽排水河DDT的降解主要是厌氧降解。   6.用因子分子多元线性回归法(FA/MR)对前两次采样大沽排水河中表层沉积物中POPs进行定量源解析。研究发现,大沽河沉积物中PAHs的来源以煤燃烧和石油源为主,在两次采样的沉积物中对PAHs贡献率分别为45.1%和61.0%;其次为交通来源,贡献率约为35%~39%;柴焦炉燃烧对沉积物中的PAHs也有一定贡献。对于OCPs,前两次采样的沉积物中均以HCHs和DDTs类物质为主,对OCPs总量的平均贡献率分别为88.3%和11.7%(第一次)以及84.4%和15.6%(第二次)。大沽排水河沉积物中PCBs主要与工业生产活动有关,其次与大气迁移等途径有关。   7.通过沉积物POPs的毒性试验得到实际样品中不同种类POPs含量与泥螺死亡率的相关性,并以此提出了大沽排水河沉积物中POPs的环境质量基准。对于PAHs,沉积物中总PAHs的临时环境质量基准低值和高值分别为584 ng/g和2080 ng/g;对于OCPs,临时环境质量基准低值和高值分别为45.8 ng/g和139ng/g;对于PCBs,临时环境质量基准低值和高值分别为37.4 ng/g和136 ng/g。
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