乌梁素海水体与沉积物中半挥...性有机物污染水平及风险评估_黄子晏.pdf

乌梁素海水体与沉积物中半挥发性有机物污染水平及风险评估黄子晏1,2，张亚辉1，曹家乐1,2，杜士林1*，张瑾2，何连生11.中国环境科学研究院环境检测与实验中心2.安徽建筑大学环境与能源工程学院摘要为研究乌梁素海水体与表层沉积物中半挥发性有机物(SVOCs)的污染特征和风险水平，对乌梁素海 7 个点位的水体和沉积物样品进行检测分析。结果表明：水体与沉积物中 SVOCs 的总浓度为 449.7691.0 ng/L 及 144.4587.5 g/kg；多环芳烃(PAHs)和邻苯二甲酸酯(PAEs)是所有样品中发现的主要污染物；其他 SVOCs 未检测到或仅检测到微量。水体与沉积物中PAHs 污染主要来自石油源及煤炭、生物质燃料燃烧混合来源；PAEs 污染主要来自塑料和化工工业，以及生活垃圾；水体和沉积物中主要污染物的生态风险总体上呈低风险。从饮水和暴露接触的角度，乌梁素海呈现的健康风险水平较低。关键词乌梁素海；半挥发性有机物；水体；沉积物；风险评估中图分类号：X52 文章编号：1674-991X（2023）02-0607-10doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220376Distribution and risk assessment of semi-volatile organic compounds in water andsediment of Ulansuhai NurHUANG Ziyan1,2,ZHANG Yahui1,CAO Jiale1,2,DU Shilin1*,ZHANG Jin2,HE Liansheng11.Environmental Analysis and Testing Laboratory,Chinese Research Academy of Environmental Sciences2.College of Environment and Energy Engineering,Anhui Jianzhu UniversityAbstractIn order to study the pollution characteristics and risk level of semi-volatile organic compounds(SVOCs)in water and surface sediments of Ulansuhai Nur,water and sediment samples from 7 sites were detectedand analyzed.The total concentration of SVOCs in water and sedimentary species ranged from 449.7 to 691.0 ng/Land 144.4 to 587.5 g/kg,respectively.Polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs)and phthalate esters(PAEs)werethe main contaminant compounds found in all samples.Other SVOCs were not detected or only trace.PAHspollution in water and sediment mainly came from petroleum source and mixed source of coal and biomass fuelcombustion.PAEs pollution mainly came from plastics and chemical industry and domestic wastes.The ecologicalrisk of the main contaminants in water and sediment of Ulansuhai Nur was at a low level in general,and the healthrisk also presented a low level in terms of drinking water and exposure.Key wordsUlansuhai Nur;semi-volatile organic compounds;water body;sediments;risk assessment 半挥发性有机物(SVOCs)是指沸点在 170350，具有亲脂性、难降解等特性的一类有机物1-2，主要包括多环芳烃类、有机磷农药、邻苯二甲酸酯类、苯系物类、酚类、农药类等。SVOCs 具有生物累积性且通过食物链放大的特点及“三致”毒性3，通过饮用水、吸入和皮肤接触可能对人类健康构成风险4。浓度低、极易吸附、检测难度高等特点使得我国对 SVOCs 的研究起步较晚5-6。SVOCs 来源广且持久存在，近年来，我国对环境中不同介质的SVOCs 进行了大量研究，大气7-8、水体及沉积物9-10中均有检出 SVOCs。在环境条件发生变化时，吸附在沉积物中的 SVOCs 可能通过化学与生物变化再次悬浮到水中造成二次污染，因此沉积物是 SVOCs的重要存储层，又是 SVOCs 污染的重要来源11-12。收稿日期：2022-04-22基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2017ZX07602-003）作者简介：黄子晏（1996），女，硕士研究生，主要从事毒理学及生态风险评估研究，*通信作者：杜士林（1995），男，助理工程师，硕士，主要从事生态毒理及风险评估研究， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月黄子晏，张亚辉，曹家乐，等.乌梁素海水体与沉积物中半挥发性有机物污染水平及风险评估 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：607-616.HUANG Z Y,ZHANG Y H,CAO J L,et al.Distribution and risk assessment of semi-volatile organic compounds in water and sediment of UlansuhaiNurJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：607-616.乌梁素海是我国干旱半干旱地区典型的浅水草型湖泊，位于黄河流域河套平原末端，是内蒙古河套灌区排水系统的重要承载渠道，也是保障黄河水质安全的重要屏障13-14。乌梁素海流域主要通过各排干渠将流域内污废水排入乌梁素海湖区，多年来，由于受到当地工业化、城镇化进程的加速带来的工业废水、城镇生活污水以及农业退水的大量排放和湖泊结构等自身因素的影响，湖区呈现出水质恶化、盐分积累、泥沙淤积、植被退化、动物栖息地丧失等诸多问题。近年来，内蒙古自治区及巴彦淖尔市围绕乌梁素海生态环境保护，在分凌生态补水、环湖湿地建设、灌排渠沟道保护、生态环境监测预警能力建设等方面取得了一定成效，水环境质量总体稳定，但乌梁素海生态环境形势仍然不容乐观。本研究选择乌梁素海九排干、乌加河 2 条主要污废水排放汇集区域开展相关研究，旨在确定乌梁素海重污染区域的水体及沉积物中多环芳烃(PAHs)、邻苯二甲酸酯（PAEs）等 SVOCs 污染物的浓度和分布特征，评估SVOCs 污染物产生的环境和健康潜在风险水平。1材料与方法 1.1研究区域概况乌 梁 素 海(10843E 10857E，4036N4103N)是我国八大淡水湖之一，位于内蒙古巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，总面积 325.31 km2，是黄河内蒙古河段枯水期不断流的重要调蓄补给湖，也是黄河凌期以及当地暴雨洪水的滞洪区。本研究调查区域位于乌加河、九排干附近，该区域相对比较封闭，水动力较差，污染物难以扩散，水体处于中度富营养化状态。该区域有大面积水草，沉水植被密度较高，周边有中等密度芦苇，冬季有大面积死亡水草，造成大量有机物不断沉积，沉积物发黑发臭。研究区采样点位如图 1 所示。1.2样品采集与预处理于 2020 年 4 月，按照研究区域中心、研究区湖水主要出入口、近岸区域各取一个样品原则，共在乌梁素海水域采集 7 个点位水体与表层沉积物样品。水样的采集：使用硬质塑料瓶采集表层水，顶部完全不留空隙，采集后立即放入 4 冰箱进行冷藏，水样当天过 0.45 m 滤膜除去除杂质，采用固相萃取装置处理样品，取过滤好的 2 L 水样于烧杯中，加入回收率指示物，使用快速固相萃取装置对其进行富集，依次用 5 mL 二氯甲烷、丙酮、甲醇及超纯水活化 SPE 小柱(C18 与 HLB 串联)，萃取结束后对 SPE柱封口膜密封并用铝箔覆盖冷藏保存，运输至实验室提取。使用二氯甲烷与丙酮混合溶液(体积比为11，均为 4 mL)洗脱 3 次，收集 C18 与 HLB 小柱的混合洗涤液，高纯氮气吹至 1 mL 以下，加入内标物，正己烷定容至 1 mL 转移至色谱瓶中。表层沉积物的采集：使用 1/16 m3金属抓泥斗采集表层沉积物样品，样品放入棕色玻璃瓶中密封保存，于 4 避光、冷藏保存运输至实验室。取冷冻干燥后的样品 5 g，加入回收率指示物。使用二氯甲烷与丙酮体积比为 11 的萃取剂在快速溶剂萃取装置上进行萃取，结束后氮气吹扫，使用旋蒸仪将萃取液浓缩汁 1 mL 左右转移至 KD 瓶中，氮气吹扫至 1mL 以下，加入内标物，正己烷定容至 1 mL 转移至色谱瓶中。1.3试剂与仪器采用快速固相萃取仪(E-916，BUCHI)、旋转蒸发仪(Rotavapor R-300，BUCHI)、氮吹仪(安谱)、冷冻干燥机(AlpHal-4L Dplus,德国 CHRIST)、气相色谱-质谱联用仪(Agilent GC-MS 7890B-5977B MSD，安捷伦)对乌梁素海水体及表层沉积物中 54 种SVOCs 进行定性定量分析。主要试剂：54 种 SVOCs 标液(包括 19 种多环芳烃、9 种取代苯类、9 种酚类、4 种酯类、4 种苯胺类、4 种醚类 3 种卤代烃类以及 2 种其他类，北京百灵威科技有限公司)；回收率指示物 2-氟联苯与对三联苯-D14(上海安谱科技有限公司)以及二氯甲烷、丙酮、甲醇(均为HPLC 级，北京百灵威科技有限公司)。1.4质量控制标准曲线的相关系数大于 0.99，使用超纯水作 图 1 乌梁素海采样点位分布Fig.1 Distribution of sampling points in Ulansuhai Nur 608 环境工程技术学报第 13 卷为空白，目标化合物中的空白值均在检出限以下，实际水体加入指示物计算回收率，回收率为 70%120%，每 20 个样品测定 12 个平行双样，平行测试相对偏差均小于 20%。1.5环境风险评估 1.5.1水体健康风险评估与生态风险评估采用美国国家环境保护局（US EPA）推荐的健康风险评估模型，对乌梁素海水体中 SVOCs 开展急性健康风险评价。通过饮用和沐浴途径接触水中 SVOCs的致癌和非致癌风险15，计算公式如下:RI=SFE(E 0.01)RI=1exp(SFE)(E 0.01)（1）HI=E/RfD（2）|E=CCRM(CIRwEFED)BWAT（饮水途径）E=CCRM(6TE)0.5(CkAsbEFFEED)500BWAT f（洗浴途径）（3）Asb=10 000(0.012 4BW+0.006 1H0.009 9)（4）式中：RI 为致癌风险值；HI 为非致癌风险指数；E 为日均暴露剂量，mg/(kgd)；CC 为转换因子值，取 0.1；RM 为煮沸残留比，取 0.1；f 为肠道吸附率，取 1；IRw为日均饮用水量，取 1.5 L/d；EF 为曝光频率，365d/a；FE 为沐浴