淮河流域安徽段表层沉积物中...环芳烃分布、来源及风险评估_潘露.pdf

作者简介：潘露，在读硕士，合肥学院生物食品与环境学院。研究方向：沉积物污染治理。通讯作者：笪春年，博士，副教授，合肥学院生物食品与环境学院。研究方向：水污染治理。基金项目：安徽省级质量工程项目（项目编号：）；合肥市自然科学基金“淮河水体污染的硼同位素地球化学示踪”（课题编号：）。文章编号：（）淮河流域安徽段表层沉积物中多环芳烃分布、来源及风险评估潘露，张焰文，陈佳伟，张元成，笪春年，（合肥学院 生物食品与环境学院，安徽 合肥；安徽禾美环保集团有限公司，安徽 合肥）摘 要：通过高效液相色谱法测定淮河（安徽段）个表层沉积物样品中多环芳烃含量，以确定沉积物中多环芳烃的分布特征、污染情况和来源。结果表明：淮河流域（安徽段）沉积物中 种多环芳烃总含量为 ，平均值为 ，多环芳烃浓度最高的为 采样点，含量达到 ，该采样点靠近淮南市的煤炭厂和燃煤厂，多环芳烃浓度最低的为 采样点，含量为 ，该点远离城区以及工业区；与国内不同流域沉积物中多环芳烃的浓度相比较，研究区域内多环芳烃含量相对较低；运用同分异构体比值法得出 年淮河（安徽段）沉积物中多环芳烃主要来源于木材和煤炭等生物质的燃烧；通过效应区间低值和中值法评估得出 年淮河流域（安徽段）的大多数沉积物都不会造成生态毒理学风险。关键词：淮河流域（安徽段）；多环芳烃；表层沉积物；分布特征；风险评估 中图分类号：文献标识码：多环芳烃（）是一种由两个及以上的苯环连接而成的有机化合物，其来源可以分为人为和自然两类。人为来源主要是交通排放和生活垃圾焚烧等，自然来源主要是火山喷发、森林火灾等。由于土壤、沉积物存在着大量有机物以及矿物质，能够吸附它的有机物，向下层迁移。不仅在大气、沉积物、土壤等环境中广泛存在，同时还能够长时间在环境中保留，因此受到人们越来越多的关注。淮河是中国七大河流之一，位于中原腹地，是全国粮食和棉花生产的重要基地，华东和华中地区重要的化石能源生产基地。淮河源自于桐柏山主峰，落差 多米，全长达到。淮河中游流域其煤炭资源极其丰富。在过去的十几年间，由于大量开采煤炭资源，导致淮河中游流域的污染加重，被大量地释放进入环境中。近年来，有关沉积物中 污染虽有报道，但关于淮河表层沉积物中 的分布及对环境影响研究甚少。本文主要研究了淮河（安徽段）沉积物中 的含量、组成特征以及来源，分析了沉积物中 与有机碳的关系，并对其生态毒理学风险进行了评估。材料与方法 样品采集与保存 年 月，在淮河（安徽段）共采集（）个沉积物样品（），每个点位均采集一个样品，采样位置如图 所示。本研究采样点主要位于煤炭厂、工业加工厂等污染源附近，水域特征选择较为平缓、笔直的河道进行采样。对采集好的样品贴上标签并放入冷藏的保温箱保存。样品送到实验室后，先进行冷冻、干燥、粉碎，然后进行冷冻储存。仪器与试剂实验仪器：高效液相色谱仪（美国）、旋蒸仪（德国 ）、冷冻干燥机（美国 公司）、仪（德国）、索氏提取器（上海欧戈）、氮吹浓缩仪（美国 公司）。第 卷 第 期 年 月黑 龙 江 工 业 学 院 学 报（综 合 版）（）DOI:10.16792/ki.1672-6758.2023.01.013主要试剂：种优先控制的 混合标准溶液，购入美国 公司；正己烷和二氯甲烷均为色谱级，购入国药集团；铜粉和硅胶购入国药公司。样品前处理样品经研磨后过 目筛，称取（精度）样品和 铜粉脱硫，再加入 的二氯甲烷，索氏萃取。抽提液经旋蒸仪在条件下浓缩至约 后替换为正已烷。用硅胶 氧化铝层析柱将萃取到的浓缩物分离，加入 的二氯甲烷和正己烷（体积比：），对其进行淋洗并抽空。将淋洗液用高纯度的氮气吹干，然后将溶剂转化成乙腈，定容至。使用美国 公司的高效液相色谱仪（）来分析 种美国 优控 污染物，色谱柱为（长 ，厚，直径 ），流动相采用乙腈 水（体积比：），流速为 ，柱温条件为，进样量：。质量控制与保证为了确保实验数据的真实性以及可靠性，实验所有的分析操作均严格按照质量控制和质量保证程序进行。对实验样品加入了 种 标准物质、种氘代指示物进行回收率检测。氘代内标选用、和 标准溶液进行样品回收率的计算结果分别为 、。结果与分析 多环芳烃的分布及组成在淮河（安徽段）表层沉积物中检测出 种 环的，如表 所示。本研究中淮河中游表层沉积物总 的浓度范围为 ，平均值为 。其中，浓度最高的点为（含量为 ），该采样点靠近煤炭厂和燃煤电厂；次之，浓度为 。由于受到流域地形、地貌的约束，淮河中游沉积物中 的分布不但与流域周围的污染源有关，还受到淮河流域水文特征的影响。河流的汇合将会使表层沉积物中 再次悬浮，进而导致多环芳烃的含量偏高，的 浓度偏高正是与此流域上游的两个支流在此交汇有关。含量最低的点为远离城市和工业中心的，浓度为 ，与 相邻的采样点 浓度为 ，相对于 采样点的浓度偏高，这有可能是因为河水的稀释作用所导致。因为大部分采样点位于人口活动轨迹较少的农村，远离煤炭厂、燃煤电厂，所以表层沉积物中 浓度含量较低。表 淮河安徽段表层沉积物中 浓度点位经纬度（）点位经纬度（），由于 的来源非常复杂，不同来源的 其结构和组成也截然不同，对环境产生的影响也有所差异，所以分析环境中 的组成特征，能够帮助我们更进一步研究污染产生的原因。各采样点沉积物中 的环数分布情况如图 所示，淮河（安徽段）表层沉积物中主要以 环的 为主，所占比例为 ；环 次之，所占比例为 ；环 最少，。其中 和 点位 环均大于，点位 环达到。陈孝杨在研究淮河流域沉积物中多环芳烃的污染中指出，淮河主干道沉积物中的 主要为 环以上，与本文结论相一致。第 期淮河流域安徽段表层沉积物中多环芳烃分布、来源及风险评估 年图 游沉积物不同环数的 分布 表层沉积物中 浓度与中国其他区域对比研究通过与国内不同流域沉积物中 浓度相比较，可以更好地反映出淮河中游 的污染水平。本文依次列出了我国其他河流、河口的 种 的浓度。如表 所示，与国内其他地区的河流相比，淮河（安徽段）表层沉积物中 浓度比经济较发达的地区低，如太湖、黄河、大连湾、秦皇岛近岸、厦门西港、南海近岸带、珠江口、长江南京段、北黄海；其中黄河地区沉积物中 污染最严重，浓度高达 ，比淮河中段高出 倍。但渤海湾近岸（浓度为 ）沉积物中 浓度比淮河中游低，含量平均值仅有 ，是淮河中段含量的三分之一，其原因主要是经济发展水平较低，海域远离城镇及煤炭等加工厂。综合比较可知，淮河中游（安徽段）沉积物中 污染处于较低水平。表 国内河流表层沉积物 的含量地点 同系物数量含量范围（）平均值（）太湖 黄河 长江南京段 大连湾 秦皇岛近岸 渤海湾近岸 厦门西港 珠江口 南海近岸带 北黄海 淮河（安徽段）本研究 淮河沉积物中 与有机碳关系因较低的水溶性和高辛醇 水分配系数，使得 易吸附到颗粒物质上，最终沉降到沉积物中。由于有机质含量非常高，沉积物有着复杂的孔隙结构，其外表面可迅速吸附，使得 在沉积物中蓄积。年，淮河中游（安徽 段）表 层 沉 积 物 中 含 量 范 围 为 ，平均值为 。如图 所示，淮河表层沉积物中 和 之间呈显著正相关（，），采样点 和采样点 处底泥中的 含量较高，同时这两个采样点的 含量也高于其他采样点。由此表明，是影响沉积物中 的重要因子。图 表层沉积物中 与 的关系 多环芳烃的来源本文通过同分异构体比值，确定出 的来源。研究表明，（）、（）、（）及 （第 期黑 龙 江 工 业 学 院 学 报（综 合 版）年）说明为煤炭等生物质的不完全燃烧源；（）、（）、（）及 （）说明为石油源；若 （）介于 和 （）介于 说明为石油燃烧源。通过这 种比值对淮河（安徽段）表层沉积物中 的来源进行分析，如图（）所示，（）和 （）的比值，如图 （）所示，（）和（）的比值说明了淮河（安徽段）表层沉积物中 的主要来源为煤炭和生物质的燃烧源，石油源仅占一小部分。综上所述，煤炭和木材等生物质的燃烧为淮河（安徽段）表层沉积物中 的主要来源。（）（）和 （）的比值（）（）和 （）的比值图 表层沉积物中 同分异构体比值 多环芳烃的生态风险评估目前，国内尚未拟定水体沉积物中 环境指标，本文采用 等方法，即效应区间低值和中值法来对其进行生态风险评估。值和 是一种含量指标，它们表示化合物对生物体很少产生负面效应和常常产生负面效应。当污染物浓度低于 时，则表明生态风险低于，说明污染物对环境的影响较小；若污染物含量介于二者之间，则表明偶尔出现不良的生态影响；若污染物含量超过，表示环境风险超过，则说明经常产生不良的环境影响。采用质量标准法 和，对所有 浓度大于最高阈值的点都进行了标注。通过毒性当量因子（）方程，得出 年最致癌的 是苯并 蒽（）、二苯并，蒽（）、苯并芘（）。如表 所示，年，淮河（安徽段）大部分表层沉积物样品的污染程度都均大于，只有 的沉积物样品 浓度大于。另外，淮河（安徽段）除了二苯并，蒽（）（）以外，所有沉积物中 浓度均比 值低。所以，年淮河中游的大多数沉积物都不会造成生态毒理学风险。表 年 与 的化学浓度的比较表（）（）年淮河流域安徽段表层沉积物中各类 的风险评估及毒性因子 第 期淮河流域安徽段表层沉积物中多环芳烃分布、来源及风险评估 年结语本研究在 年淮河中游（安徽段）共采集了 个表层沉积物样品。通过对沉积物样品中的 浓度进行分析，结果表明：研究区域内 浓度较低，其主要原因是城镇及工业的建设时间短未对沉积物中 的污染产生影响。因此可以得出结论，淮河（安徽段）表层沉积物中 的浓度在国内属于较低水平。运用同分异构体比值法分析得出 年淮河（安徽段）表层沉积物中 主要来源于煤炭和木材等生物质的燃烧。根据淮河（安徽段）沉积物中 的生态风险评估结果，认为 年 的毒性风险较低。参照国际沉积物质量标准，年沉积物中 不会对水体造成潜在的危害。综上所述，除 采样点 含量偏高外，淮河（安徽段）其他区域表层沉积物中 污染状况总体程度较低。参考文献朱樱，吴文婧，王军军，等 小白洋淀水 沉积物系统多环芳烃的分布、来源与生态风险 湖泊科学，（）：宁怡，柯用春，邓建才，等 巢湖表层沉积物中多环芳烃分布特征及来源 湖泊科学，（）：赵彩平，丁毅，李玉成 淮河中游重化工聚集区干流水体中多环芳烃研究 科技导报，（）：罗孝俊，陈社军，麦碧娴，等 珠江及南海北部海域表层沉积物中多环芳烃分布及来源 环境科学，（）：汪京徽，高天惠，李新宇，等 基于资源环境视角对安徽区域发展质量的评价 黑龙江工业学院学报（综合版），（）：许士奋，蒋新，王连生，等 长江和辽河沉积物中的多环芳 烃 类 污 染 物 中 国 环 境 科 学，（）：陈国良，刘玲，张金良，等 淮河干流沉积物中多环芳烃分布特征与生态风险评价 环境与健康杂志，（）：陈孝杨，黄凯，严家平，等 淮河流域安徽段水系沉积物中多环芳烃的污染性状研究 生态环境学报，（）：王庆，丁毅，李玉成，等 淮河淮南 蚌埠段沉积物中的多环芳烃污染性状研究 宿州学院学报，（）：周弛，刘波，任越，等 浅谈美国环境监测质量保证与质量控制 中国环境监测，（）：，（）：，（）：，（），（）：包贞，潘志彦 环境中的多环芳烃的分布及降解 浙江工业大学学报，（）：袁旭音，李阿梅，王禹，等 太湖表层沉积物中的多环芳烃及其毒性评估 河海大学学报，（）：罗雪梅，刘昌明，何孟常 黄河沉积物中多环芳烃的分布特征及来源分析 环境科学研究，（）：许士奋，蒋新，王连生，等 长江和辽河沉积物中的多环芳烃类污染物 中国环境科学，（）：刘现明，徐学仁，张笑天，等 大连湾沉积物中 的初 步 研 究 环 境 科 学 学 报，（）：林秀梅，刘文新，陈江麟，等 渤海表层沉积物中多环芳烃的分布与生态风险评价 环境科学学报，（）：田蕴，郑天凌，王新红 厦门西港表层沉积物中多环芳烃的含量、分布及来源 海洋环境学科，（）：麦碧娴，林峥，张干，等 珠江三角洲河流和珠江口表层沉积物中有机污染物研究 环境科学学报，（）：罗孝俊，陈社军，麦碧娴，等 珠江及南海北部海域表层沉积物中多环芳烃分布及来源 环境科学，（）：孙丽环 利用 软件实现单因素方差分析方法及比较 黑龙江工业学院学报（综合版），