太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯單體分布及源解析

徐 磊,劉 莎,秦慶東,傅大放,金 苗,許 妍*

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太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯單體分布及源解析

徐 磊1,劉 莎1,秦慶東1,傅大放1,金 苗2,許 妍1*

(1.東南大學(xué)土木工程學(xué)院,江蘇南京 210096；2.中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所,江蘇南京 210008)

采用改進(jìn)后的GC-μECD方法定量測(cè)定了太湖竺山灣及入湖河流(太滆運(yùn)河、漕橋河、殷村港和社瀆港)16個(gè)表層沉積物中209種多氯聯(lián)苯(PCBs)單體濃度,并對(duì)其分布特征進(jìn)行了探討.結(jié)果表明,在16個(gè)采樣點(diǎn)共檢測(cè)出115種多氯聯(lián)苯單體,ΣPCBs濃度在11.02~84.05ng/g(干重)之間,整體呈現(xiàn)出殷村港<漕橋河<社瀆港<太滆運(yùn)河<竺山灣的趨勢(shì),平均濃度為26.42ng/g(干重).沉積物中多氯聯(lián)苯平均組成以一氯和二氯聯(lián)苯為主,質(zhì)量百分含量分別為34.26%和23.19%;其次是三到六氯聯(lián)苯,占比依次為14.86%、6.76%、7.37%、9.61%;七到十氯聯(lián)苯含量最低,質(zhì)量百分含量總計(jì)僅有3.95%.同時(shí),利用主成分分析方法對(duì)表層沉積物中的多氯聯(lián)苯污染進(jìn)行了源解析.結(jié)果顯示,表層沉積物中的多氯聯(lián)苯主要來(lái)源于附近泄漏的電容器、變壓器油以及油漆、造紙等行業(yè)的排放污水,與多氯聯(lián)苯商業(yè)產(chǎn)品Aroclors系列有較大差別.通過(guò)毒性當(dāng)量因子法和加拿大沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法對(duì)研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,顯示太湖竺山灣及4條入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯污染的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)不容忽視.

太湖；沉積物；多氯聯(lián)苯；單體；源解析

多氯聯(lián)苯(PCBs)是一類在高溫下以金屬作催化劑而合成的氯代芳香族有機(jī)化合物,共有209種單體分子,通常認(rèn)為低氯代聯(lián)苯含有1~4個(gè)氯原子,高氯代聯(lián)苯含有5~10個(gè)氯原子[1].由于其優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、阻燃性和絕緣性等,被廣泛用作變壓器、電容器油、液壓油、涂料及防火劑等的添加劑[2].然而因其具有半揮發(fā)性、遠(yuǎn)距離遷移性及高毒性,以及能夠蓄積到環(huán)境中長(zhǎng)期殘留,已造成全球性的污染[3-5],大氣、水體、沉積物、土壤、動(dòng)植物,甚至在美國(guó)、日本等許多國(guó)家的母乳中均有檢出[6].2001年,《斯德哥爾摩公約》中首批進(jìn)行削減和淘汰的持久性有機(jī)污染物名單中就包含多氯聯(lián)苯.

太湖作為我國(guó)第三大淡水湖,是無(wú)錫、蘇州等市的重要飲用水水源地;由于周邊人口稠密、工業(yè)發(fā)展迅速,也面臨著巨大的生態(tài)環(huán)境壓力[7].由于多氯聯(lián)苯疏水性強(qiáng),通過(guò)徑流、大氣沉降等途徑進(jìn)入水體后,迅速在沉積物中蓄積.通過(guò)估算多氯聯(lián)苯在不同環(huán)境介質(zhì)中的負(fù)荷,發(fā)現(xiàn)河流和湖泊沉積物中多氯聯(lián)苯負(fù)荷為34.8%,僅次于海水的62.2%[8].由此可見(jiàn),河湖沉積物是多氯聯(lián)苯的主要“匯”.近年來(lái),已有研究關(guān)注了太湖沉積物中持久性有機(jī)污染物的殘留情況,總體處于中度污染水平[9-13].袁旭音等[14]調(diào)查發(fā)現(xiàn)了太湖沉積物中多氯聯(lián)苯的總量,盡管尚未達(dá)到毒性評(píng)價(jià)低值,但其能夠在底棲生物中富集從而進(jìn)入食物鏈,仍存在較大的潛在危害.有研究顯示,近年來(lái)太湖沉積物中類二噁英多氯聯(lián)苯(DL-PCBs)的含量仍在增加,在太湖區(qū)域很可能仍有多氯聯(lián)苯的釋放源存在[15].然而,此前的研究大多針對(duì)太湖全湖或者某個(gè)湖灣進(jìn)行研究,對(duì)于太湖入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯的分布及健康風(fēng)險(xiǎn)研究尚不多見(jiàn).另外,受到儀器檢測(cè)方法的限制,此前的研究大多以分析幾十種甚至幾種多氯聯(lián)苯單體的結(jié)果代表多氯聯(lián)苯總含量,這很有可能造成對(duì)多氯聯(lián)苯污染水平的低估和源解析上的偏差.

本文選取太湖竺山灣及入湖河流沉積物作為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)全部209種多氯聯(lián)苯單體進(jìn)行檢測(cè)分析,并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,分析沉積物中多氯聯(lián)苯的分布情況及來(lái)源,為太湖有機(jī)氯污染綜合防治工作提供數(shù)據(jù)支撐.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

在太湖竺山灣和4條入湖河流布設(shè)共16個(gè)采樣點(diǎn)(圖1),包括竺山灣(Z1、Z2、Z3、Z4)、太滆運(yùn)河(T1、T2、T3)、漕橋河(C1、C2、C3)、殷村港(Y1、Y2、Y3)和社瀆港(S1、S2、S3).樣品采集于2014年4月,使用手持式GPS定位儀精準(zhǔn)定位,采用抓斗式采泥器采集表層沉積物(0~5cm),揀去植物殘?bào)w、礫石等雜質(zhì),并均勻混合.每個(gè)采樣點(diǎn)取約1~2L沉積物,置于棕色硼玻璃瓶,并密封保存于4℃冰箱中.

圖1 太湖竺山灣及主要入湖河流沉積物采樣點(diǎn)分布

1.2 儀器與試劑

主要儀器:Agilent 7890A氣相色譜-電子捕獲檢測(cè)器(GC-μECD,美國(guó)安捷倫科技有限公司),Eyela N-1200B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(東京理化器械株式會(huì)),Eyela MGS-220氮吹儀(東京理化器械株式會(huì)),88880018渦旋儀(美國(guó)賽默飛世爾科技公司),Torch總有機(jī)碳分析儀(利曼中國(guó)).

試劑和藥品:天地高純?nèi)軇┯邢薰镜恼和?n-Hexane)、二氯甲烷(Dichloromethane)、丙酮(Acetone)和上海阿拉丁生化科技股份有限公司的異丙醇(Isopropanol)均為色譜純;美國(guó)賽默飛世爾科技公司的弗羅里土(Florisil,60~100目);美國(guó)西格瑪奧德里奇公司的無(wú)水硫酸鈉(Na2SO4,分析純,450℃灼燒4h)、氯化鈉(NaCl,分析純)、四丁基硫酸氫銨(TBA,分析純)和亞硫酸鈉(Na2SO3,分析純)等.

209種多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)樣品購(gòu)于美國(guó)AccuStandard公司.

1.3 樣品處理

參照美國(guó)環(huán)保署《加壓液體萃取(PFE)》(EPA Method 3545A),采用加速溶劑萃取法(ASE)進(jìn)行樣品前處理,具體步驟為:樣品經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干后充分研磨,過(guò)60目不銹鋼篩;首先將纖維素濾膜放入34mL的不銹鋼萃取池中,然后準(zhǔn)確稱取5.0g篩選的沉積物和5.0g已預(yù)處理(馬弗爐450℃,4h)的石英砂,將二者均勻混合,加入萃取池中;用體積比為1:1的正己烷/丙酮混合液作萃取溶劑.設(shè)定萃取程序?yàn)?min預(yù)熱,5min靜態(tài)萃取,萃取壓力設(shè)為10.3MPa,萃取溫度為100℃,沖洗體積60%,一共循環(huán)萃取2次.

參照美國(guó)環(huán)保署《硫的凈化》(EPA Method 3660B)和《硅酸鎂載體柱凈化》(EPA Method 3620)對(duì)萃取液進(jìn)行提純凈化.改進(jìn)后的具體流程為:在樣品萃取液中加入1mL四丁基銨-亞硫酸鈉(TBA)溶液和2mL異丙醇,放置于渦旋儀上振蕩約1min,直至底部有晶體出現(xiàn)且反復(fù)搖蕩后沉淀仍然存在.隨后加入4mL超純水,起到靜置分層作用,轉(zhuǎn)移上部有機(jī)層并氮吹濃縮至1mL.架設(shè)直徑為10mm的玻璃層析柱,取適量的玻璃棉置于底部,加正己烷潤(rùn)濕;然后采用濕加法添加8.0g活化的弗羅里土和3.0g無(wú)水硫酸鈉,自下而上填充柱子;90mL正己烷洗脫后,再加入90mL體積比為4:1的正己烷/二氯甲烷混合液繼續(xù)洗脫.最后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)一步旋蒸濃縮收集的洗脫液,并定容至200μL待進(jìn)樣.

一部分樣品在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干,充分均勻研磨,過(guò)60目不銹鋼篩,委托中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所公共技術(shù)分析測(cè)試中心測(cè)定總有機(jī)碳(TOC)含量.

1.4 氣相色譜檢測(cè)

采用帶電子捕獲檢測(cè)器的Agilent 7890A氣相色譜儀(GC-μECD)對(duì)多氯聯(lián)苯進(jìn)行定量分析.毛細(xì)管色譜柱為Agilent DB-XLB(30m×0.18mm,膜厚0.18μm);溫度程序設(shè)置為初始溫度50℃,保持1min,然后以12℃/min升至150℃,再以0.4℃/min升至220℃,最后以2℃/min升至260℃[16].對(duì)樣品進(jìn)行合適稀釋,以高純氮?dú)?399.999%)為載氣,氣壓40.0psi,不分流進(jìn)樣,進(jìn)樣口和檢測(cè)器的溫度分別設(shè)定在275℃和300℃,進(jìn)樣量為1μL.本實(shí)驗(yàn)方法檢測(cè)限除一氯聯(lián)苯為4ng/mL,其余均在1ng/mL以下.

1.5 QA/QC控制

根據(jù)多氯聯(lián)苯標(biāo)準(zhǔn)樣品的色譜保留時(shí)間,采用多點(diǎn)校正曲線法對(duì)多氯聯(lián)苯單體進(jìn)行外標(biāo)定性、定量;同時(shí)在樣品分析過(guò)程中,采用方法空白、平行樣和加標(biāo)回收法進(jìn)行QA/QC控制.為確保有機(jī)氯農(nóng)藥(OCPs)對(duì)本研究多氯聯(lián)苯測(cè)定不產(chǎn)生干擾,-HCH,-HCH,-HCH,-HCH,七氯,艾氏劑,七氯環(huán)氧化物,-氯丹,-氯丹,-’-DDE,-’-DDD,-’-DDT,硫丹Ⅰ,硫丹Ⅱ,硫丹硫酸鹽,狄氏劑,異狄氏劑,異狄氏劑酮,異狄氏劑醛,甲氧滴滴涕等20種常見(jiàn)的OCPs被同時(shí)檢測(cè),它們均未與多氯聯(lián)苯單體峰出現(xiàn)共析.方法空白樣品中檢出的多氯聯(lián)苯濃度低于1ng/g,平行樣分析結(jié)果顯示其濃度誤差小于5%,209種多氯聯(lián)苯單體的回收率在78.2%~ 102.6%之間.

2 結(jié)果與討論

2.1 表層沉積物性質(zhì)分析

本研究設(shè)置2組平行樣,分別測(cè)定16個(gè)采樣點(diǎn)表層沉積物的TOC含量、含水率和pH值,取其平均值為最終測(cè)定結(jié)果如表1所示,沉積物TOC含量為0.25%~2.46%,含水率為21.01%~70.4%,pH值為6.2~7.2,基本為中性,略偏酸性.

表1 太湖采樣點(diǎn)經(jīng)緯度及沉積物理化性質(zhì)

2.2 太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯分布特征

2.2.1 沉積物中多氯聯(lián)苯單體檢出情況及總濃度 如表2所示,209種多氯聯(lián)苯單體中,研究區(qū)域沉積物中共檢測(cè)出115種,ΣPCBs濃度為11.02~ 84.05ng/g,平均26.42ng/g,與Zhang等[17]研究結(jié)果類似.其中多氯聯(lián)苯最高值出現(xiàn)在竺山灣中心區(qū)Z2點(diǎn),最低值基本位于入湖河流的下游(入湖口),如T3和C3點(diǎn),這與袁旭音等[14]在太湖梅梁灣的研究結(jié)果一致.同時(shí),竺山灣沉積物中主要檢出85種多氯聯(lián)苯單體,平均濃度為46.70ng/g;太滆運(yùn)河沉積物中共檢出47種,平均濃度為23.57ng/g;漕橋河沉積物中發(fā)現(xiàn)54種多氯聯(lián)苯單體,平均濃度為16.80ng/g;殷村港沉積物中有38種多氯聯(lián)苯單體被檢出,平均濃度為13.04ng/g;40種多氯聯(lián)苯單體在社瀆港沉積物中被檢出,平均濃度為17.39ng/g.以全部209種單體計(jì)算,各采樣點(diǎn)多氯聯(lián)苯單體的檢出率并不高,為6.2%~29.2%;但較此前研究所關(guān)注的幾十種甚至幾種多氯聯(lián)苯有較多增加,尤其是低氯代多氯聯(lián)苯單體被較多檢出,這也表明此前研究可能存在著對(duì)多氯聯(lián)苯總濃度的低估[13,18-19].

表2 研究區(qū)域被檢出的多氯聯(lián)苯單體及其濃度分布

注: ( )內(nèi)為該區(qū)域檢出的多氯聯(lián)苯單體總數(shù).

如圖2所示,呈現(xiàn)出殷村港<漕橋河<社瀆港<太滆運(yùn)河<竺山灣的趨勢(shì).顯然,竺山灣沉積物中的多氯聯(lián)苯污染最為嚴(yán)重,平均濃度高達(dá)(46.70±27.61)ng/g.竺山灣是太滆運(yùn)河、漕橋河及殷村港3條入湖河流的交匯處,其多氯聯(lián)苯濃度相對(duì)較高,推測(cè)原因是河流入湖口水流湍急,沉積物易被沖刷擾動(dòng),多氯聯(lián)苯吸附于沉積物懸浮顆粒中,隨水流進(jìn)入竺山灣.劉巧娜等在洞庭湖沉積物中的研究結(jié)論亦證實(shí)了這一點(diǎn)[20].

本研究與國(guó)內(nèi)外其他地區(qū)沉積物中多氯聯(lián)苯的報(bào)道含量相比,污染情況遠(yuǎn)低于美國(guó)歷史上接受含多氯聯(lián)苯廢水排放的2條河流哈德遜河和格拉斯河,與海河河口和長(zhǎng)江口及東海近岸相當(dāng),低于松花江流域,但卻明顯高于其他大部分地區(qū),如滇池、黃海等.總體來(lái)說(shuō),太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯的濃度在我國(guó)處于中高水平.

圖2 研究區(qū)域多氯聯(lián)苯平均濃度

表3 國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)江河湖海/水庫(kù)沉積物中多氯聯(lián)苯含量

注: ( )內(nèi)所研究的多氯聯(lián)苯單體總數(shù).

2.2.2 沉積物中多氯聯(lián)苯同族體組成分析 多氯聯(lián)苯的同族體組成分析通常能夠表達(dá)出環(huán)境中多氯聯(lián)苯的分布、來(lái)源及歸趨等信息[28].2009年,陳燕燕等研究發(fā)現(xiàn),18個(gè)太湖表層沉積物樣品中共檢出56種多氯聯(lián)苯,以四氯聯(lián)苯和三氯聯(lián)苯為主,二氯聯(lián)苯和一氯聯(lián)苯次之,而五氯、六氯聯(lián)苯的總和不及10%[13].由圖3可見(jiàn),本研究中多氯聯(lián)苯亦是以低氯聯(lián)苯為主,不同的是一氯聯(lián)苯和二氯聯(lián)苯含量居多,占總量的57.45%,其次才是三氯聯(lián)苯與四氯聯(lián)苯;高氯聯(lián)苯以五氯聯(lián)苯和六氯聯(lián)苯為主,相對(duì)含量為16.98%,而七氯到十氯聯(lián)苯含量?jī)H為總量的3.95%.由一氯、二氯聯(lián)苯含量的增多以及三氯、四氯聯(lián)苯含量的相應(yīng)減少,推測(cè)太湖表層沉積物中脫氯現(xiàn)象的存在;五氯聯(lián)苯和六氯聯(lián)苯含量較之前也有所增加,因此也不排除新的多氯聯(lián)苯污染物進(jìn)入的可能.沉積物中還含有少量的十氯聯(lián)苯,相對(duì)百分含量為0.69%.已有研究顯示,大氣顆粒物中存在一定比例的十氯聯(lián)苯,因此大氣干、濕沉降可能是其主要來(lái)源[29].

圖3 研究區(qū)域沉積物中多氯聯(lián)苯同族體相對(duì)百分含量

2.2.3 沉積物中多氯聯(lián)苯、TOC與指示多氯聯(lián)苯的相關(guān)性 由于多氯聯(lián)苯具有高親脂性,且辛醇-水分配系數(shù)(ow)較高,容易吸附于有機(jī)質(zhì)(如總有機(jī)碳)和生物體中,這對(duì)多氯聯(lián)苯的遷移性和富集性產(chǎn)生了影響,從而影響多氯聯(lián)苯的分布[30].Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示[圖4(a)],本研究沉積物中多氯聯(lián)苯濃度與TOC含量(兩者均符合正態(tài)分布)相關(guān)性并不顯著(=0.73> 0.05),這與袁旭音等[14]對(duì)該區(qū)域多氯聯(lián)苯和有機(jī)碳的相關(guān)性研究結(jié)果吻合,三峽水庫(kù)蓄水期長(zhǎng)江口也有類似的研究結(jié)果[31];這種現(xiàn)象可能是由于入湖河流附近人類活動(dòng)頻繁,影響較大,其次是入湖口水動(dòng)力條件極為復(fù)雜.此外,本研究測(cè)得的沉積物中以低氯聯(lián)苯為主,其溶解度較高、揮發(fā)性較強(qiáng),與 TOC的相關(guān)性較小.鑒于各種因素的共同作用,該研究區(qū)域TOC對(duì)多氯聯(lián)苯分布的影響甚微.

通過(guò)7種常用指示多氯聯(lián)苯PCB28、52、101、118、138、153、180和多氯聯(lián)苯總濃度的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)(圖4(b)),7種指示多氯聯(lián)苯濃度和多氯聯(lián)苯總濃度呈現(xiàn)很好的正相關(guān)性(2= 0.917,<0.01),因而在實(shí)驗(yàn)條件受到限制無(wú)法檢測(cè)209種多氯聯(lián)苯濃度時(shí),可考慮使用7種指示多氯聯(lián)苯的含量來(lái)估算各個(gè)樣品的相對(duì)多氯聯(lián)苯含量高低.

2.3 太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯來(lái)源分析

主成分分析方法被普遍應(yīng)用于污染源解析[32-34].對(duì)太湖竺山灣及周邊入湖河流沉積物中10組多氯聯(lián)苯同族體和30種檢出率大于50%的多氯聯(lián)苯單體的質(zhì)量百分比與8種商業(yè)多氯聯(lián)苯混合物中的相應(yīng)百分比[35](Aroclor1221,1016, 1232,1242,1248,1254,1260和1262)進(jìn)行主成分分析(KMO>0.7),進(jìn)一步進(jìn)行源解析.

圖5(a)為16個(gè)沉積物樣品中10組多氯聯(lián)苯同族體質(zhì)量百分含量與8種商業(yè)Aroclor產(chǎn)品中的相應(yīng)質(zhì)量百分比的主成分分析,前2個(gè)主成分PC1和PC2分別解釋了52.57%和18.35%的方差變異.從同族體分布角度,所研究的沉積物樣品與Aroclor1232或Aroclor1221較為相似,與其他商業(yè)Aroclor產(chǎn)品來(lái)源明顯不同.其中竺山灣Z1、Z2、Z4點(diǎn)及社瀆港S1點(diǎn)與Aroclor1232來(lái)源類似,主要為一氯、二氯和三氯聯(lián)苯;其他點(diǎn)位除殷村港Y1點(diǎn)外,均聚集在Aroclor1221(以四氯和五氯聯(lián)苯為主)附近,說(shuō)明它們來(lái)源相似.在1930~ 1993年,全球共產(chǎn)生了約130萬(wàn)t多氯聯(lián)苯,其中三氯聯(lián)苯、四氯聯(lián)苯及五氯聯(lián)苯的產(chǎn)量超過(guò)70%[36].我國(guó)曾在1965~1974年間生產(chǎn)了近1萬(wàn)t的多氯聯(lián)苯,主要是三氯聯(lián)苯(用于電容器浸漬劑)和五氯聯(lián)苯(用于油漆添加劑)[37],低氯聯(lián)苯是中國(guó)生產(chǎn)變壓器油的主要成分,推測(cè)研究區(qū)域存在電容器、變壓器油的泄漏現(xiàn)象以及油漆、造紙等行業(yè)的污染排放現(xiàn)象,并很可能與沉積物中多氯聯(lián)苯的微生物厭氧脫氯降解作用有關(guān)[38-39].

然而,同族體分析無(wú)法反映出單體的變化情況.為了進(jìn)一步明晰研究區(qū)域多氯聯(lián)苯單體的分布情況,本文以樣品中檢出率大于50%的多氯聯(lián)苯單體的百分比組成與8種商業(yè)Aroclor產(chǎn)品中的單體質(zhì)量百分比進(jìn)行主成分分析(圖5(b)).前兩個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到58.93%,且16個(gè)沉積物樣品均與商業(yè)Aroclor產(chǎn)品有顯著差別.此前的研究認(rèn)為太湖沉積物中多氯聯(lián)苯主要是Aroclor1242和Aroclor1254的混合源[13],而在本研究中,無(wú)論通過(guò)多氯聯(lián)苯同族體還是單體的主成分分析,均無(wú)法得出類似的結(jié)果.這進(jìn)一步說(shuō)明,以幾種或幾十種多氯聯(lián)苯單體為代表的沉積物多氯聯(lián)苯分析具有片面性,可能造成結(jié)果的偏差.同時(shí)也說(shuō)明了該區(qū)域多氯聯(lián)苯來(lái)源的復(fù)雜性,并存在其他物理、化學(xué)、生物作用[40].

2.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

沉積物是有機(jī)污染物的匯,也是有機(jī)污染物的釋放源.由于污染物種類繁多,生物效應(yīng)差異較大,很難確定沉積物的污染標(biāo)準(zhǔn).迄今為止,我國(guó)還沒(méi)有建立沉積物中多氯聯(lián)苯的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).本文主要利用毒性當(dāng)量因子法(TEFs)和加拿大沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法(ISQGs)對(duì)太湖竺山灣和周邊主要入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估.

二噁英類化合物主要包括多氯代二苯-并-呋喃(PCDFs)、多氯代二苯-并-二噁英(PCDDs)、多溴二苯醚類化合物(PBDEs)以及共平面多氯聯(lián)苯,即類二噁英多氯聯(lián)苯.采用毒性當(dāng)量因子(TEFs)的概念[41],通過(guò)TEFs來(lái)計(jì)算毒性當(dāng)量(TEQ),即以毒性最強(qiáng)的2,3,7,8-TCDD的TEF為1,計(jì)算其他二噁英異構(gòu)體的相對(duì)毒性.毒性當(dāng)量(TEQ)的計(jì)算公式如下:

式中: TEQ為某化合物的毒性當(dāng)量;TEF為化合物的毒性當(dāng)量因子;為化合物的濃度.

計(jì)算了沉積物中12種類二噁英多氯聯(lián)苯的毒性當(dāng)量,這12種類二噁英多氯聯(lián)苯及其TEFs值(世界衛(wèi)生組織于2005 年修訂[42])見(jiàn)表4.

表4 12種類二噁英多氯聯(lián)苯的毒性當(dāng)量因子和毒性當(dāng)量

注: n.d.為未檢出.

從表4中看出,研究區(qū)域多氯聯(lián)苯毒性當(dāng)量為0.006~13.552pg/g,其中毒性當(dāng)量最高值出現(xiàn)在竺山灣Z1點(diǎn)(百瀆口),主要由PCB126引起,與Qiao等[43]的報(bào)道一致.

在Mac Donald等[44]提出效應(yīng)極限值(ISQG)和可能效應(yīng)水平值(PEL)的基礎(chǔ)上,加拿大環(huán)境委員會(huì)依據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)制定了沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),其中沉積物中多氯聯(lián)苯的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)ISQG為21.5ng/g,PEL為189ng/g.當(dāng)污染物濃度低于ISQG值時(shí),對(duì)暴露生物體的威脅在可接受范圍內(nèi),幾乎不會(huì)引起生物負(fù)效應(yīng);當(dāng)污染物濃度介于ISQG值和PEL值之間時(shí),對(duì)暴露生物體構(gòu)成潛在威脅,偶爾會(huì)引起生物負(fù)效應(yīng);當(dāng)污染物濃度高出PEL值時(shí),會(huì)對(duì)暴露生物體造成嚴(yán)重威脅,導(dǎo)致經(jīng)常發(fā)生生物負(fù)效應(yīng).

圖6 209種多氯聯(lián)苯總濃度積累概率曲線

圖6分別標(biāo)出了ISQG濃度(21.5ng/g)和PEL濃度(189ng/g)以及計(jì)算得到的第10,50和90百分位化合物濃度10,50和90.如圖6可見(jiàn),16個(gè)沉積物樣品中的12個(gè)多氯聯(lián)苯濃度低于ISQG值,但在50濃度即接近ISQG濃度時(shí),90則介于ISQG值和PEL值之間,表明太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯污染具有一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),需要進(jìn)一步關(guān)注.

3 結(jié)論

3.1 太湖竺山灣及4條入湖河流沉積物中共檢測(cè)出115種多氯聯(lián)苯單體,ΣPCBs濃度為11.02~ 84.05ng/g,最高值出現(xiàn)在竺山灣中心區(qū);多氯聯(lián)苯在5個(gè)區(qū)域的平均濃度呈現(xiàn)出殷村港<漕橋河<社瀆港<太滆運(yùn)河<竺山灣的趨勢(shì).

3.2 研究區(qū)域沉積物中的多氯聯(lián)苯以低氯聯(lián)苯為主,尤其是一氯和二氯聯(lián)苯居多,推測(cè)可能與沉積物中多氯聯(lián)苯的微生物脫氯降解作用有關(guān).

3.3 同族體主成分分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域沉積物樣品中多氯聯(lián)苯分布與商業(yè)產(chǎn)品Aroclor 1232或1221較為相似.其中二氯到五氯聯(lián)苯的污染貢獻(xiàn)較大,以此推斷來(lái)源于研究區(qū)域附近泄漏的電容器、變壓器油以及油漆、造紙等行業(yè)排放的污水.同時(shí),大氣干、濕沉降也是沉積物中多氯聯(lián)苯的重要來(lái)源.多氯聯(lián)苯單體主成分分析結(jié)果顯示,研究區(qū)域單體分布與已知的常見(jiàn)商業(yè)混合物均有較大差異,進(jìn)一步說(shuō)明沉積物中多氯聯(lián)苯來(lái)源和影響因素的復(fù)雜性.

3.4 利用毒性當(dāng)量因子法和加拿大沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)法對(duì)研究區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,結(jié)果顯示太湖竺山灣及入湖河流沉積物中多氯聯(lián)苯污染對(duì)暴露生物體構(gòu)成潛在威脅.

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Distribution and source apportionment of polychlorinated biphenyl congeners in surface sediments from Zhushan Bay and the inflow rivers of Lake Taihu.

XU Lei1, LIU Sha1, QIN Qing-dong1, FU Da-fang1, JIN Miao2, XU Yan1*

(1.School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China；2.Nanjing Institute of Geography Limnology, China Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)., 2017,37(11)：4333~4342

The concentrations of 209 polychlorinated biphenyl congeners in 16surface sediments collected from Zhushan Bay and the inflow rivers (Taige Canal, Caoqiao River, Yincun River and Shedu River) of Lake Taihu were determined by a modified GC-μECD method and the distribution characteristics were discussed. Results showed that 115 PCB congeners were detected and the concentrations of total PCBs ranged from 11.02ng/g to 84.05ng/g(d.w.) at the 16sampling sites. In general, the total PCBs were Yincun River

Lake Taihu；sediments；polychlorinated biphenyls；congeners；source apportionment

X835

A

1000-6923(2017)11-4333-09

徐 磊(1993-),男,江蘇如皋人,東南大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生,主要從事有機(jī)污染物的微生物修復(fù)研究.

2017-04-16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41671468,41301546,51408119);江蘇省自然科學(xué)基金(BK20171356);污染控制與資源化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金資助項(xiàng)目(PCRRF16018)

* 責(zé)任作者, 副教授, xuxucalmm@seu.edu.cn