多環(huán)芳烴在長(zhǎng)江口濱岸沉積物中的吸附特征及歸趨模擬.pdf

1、河口地區(qū)作為海陸作用的重要地帶、一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),具有其獨(dú)特的生態(tài)價(jià)值。同時(shí),受海陸交匯作用影響,各種環(huán)境因素變化劇烈,使河口環(huán)境又具有脆弱和敏感的特點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,使大量的污染物輸入到河口地區(qū),對(duì)河口濱岸的環(huán)境產(chǎn)生了不同程度的影響。其中,多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)由于其致畸、致癌、致突變等特性,得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，而多環(huán)芳烴在環(huán)境介質(zhì)中的遷移、轉(zhuǎn)化、生物有效性等

2、,則是學(xué)者們所關(guān)注的焦點(diǎn)。
　　 本研究選擇具有典型海陸作用的長(zhǎng)江口濱岸地區(qū)作為研究對(duì)象,通過對(duì)典型3環(huán)多環(huán)芳烴-菲在沉積物-水間的分配及其影響機(jī)制進(jìn)行研究,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)建立菲在長(zhǎng)江口環(huán)境系統(tǒng)中的多介質(zhì)歸趨模型,不僅對(duì)多環(huán)芳烴的環(huán)境地球化學(xué)循環(huán)研究具有重要意義,也為多環(huán)芳烴污染治理提供了理論依據(jù)。PAHs在長(zhǎng)江口濱岸沉積物中的分布特征表明,沉積物中PAHs的總量為246.5～1493.5ng/g,平均值為661.2ng/g。從空

3、間分布看,SDK樣點(diǎn)PAHs累積量最高,其次為WSK,從SDK沿岸線PAHs含量依次降低,金山PAHs含量較高。長(zhǎng)江口濱岸沉積物中PAHs以3～4環(huán)為主,而PAHs單體中,占總量比例最高為菲(23.2％),其次為萘(16.5％)。與同類文獻(xiàn)比較,長(zhǎng)江口沉積物PAHs遠(yuǎn)低于國外一些污染嚴(yán)重的河口,而高于國內(nèi)多數(shù)研究區(qū),且長(zhǎng)江口潮灘沉積物PAHs含量有下降的趨勢(shì)。長(zhǎng)江口濱岸沉積物中多環(huán)芳烴LMV/HMV結(jié)果顯示,LMK、SDK、WSK樣點(diǎn)L

4、MV/HMV值小于1,顯示出較強(qiáng)的高溫燃燒來源,BLG、LG、FX、JS、CM的LMV/HMV值均大于1,表現(xiàn)為中低溫燃燒和石油產(chǎn)品來源。尤其是CM,低分子量PAHs含量遠(yuǎn)高于高分子量組分,可見該點(diǎn)PAHs幾乎全部來源于中低溫燃燒和石油產(chǎn)品。對(duì)長(zhǎng)江口濱岸帶沉積物中PAHs特征比值判源結(jié)果顯示,多種特征比值顯示結(jié)果一致。沉積物中PAHs主要來源表現(xiàn)為礦物燃料不完全燃燒和石油產(chǎn)品輸入兩種途徑。
　　 本文應(yīng)用Freundlich模型

5、、線性模型、Langmuir模型、二元模型對(duì)所得吸附試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,研究長(zhǎng)江口濱岸沉積物對(duì)菲的吸附特征,結(jié)果表明:Freundlich模型對(duì)數(shù)據(jù)擬合效果最好,除SDK和WSK表現(xiàn)出較高的線性和較高的吸附能力外,其他樣點(diǎn)均呈較高的非線性和較低的吸附能力;線性模型對(duì)SDK和WSK的擬合效果較好,而其他樣點(diǎn)線性較差;吸附等溫線也符合Langmuir模型,其Qmax最高值也出現(xiàn)在SDK和WSK;二元模型模擬結(jié)果顯示,線性部分吸附能力大于非線性

6、部分,因此推斷非線性部分對(duì)菲吸附起作用的不是炭黑,而是礦物質(zhì)。對(duì)于SDK、WSK樣點(diǎn)來說,Freundlich模型、線性模型和Freundlich型二元模型擬合結(jié)果均表明,在研究區(qū)當(dāng)foc＞0.01時(shí),吸附過程以分配作用為主。線性模型計(jì)算logKoc值高于二元模型擬合Kp值,且該兩點(diǎn)計(jì)算Koc大于其他樣點(diǎn),表明該兩點(diǎn)有機(jī)碳吸附力大于其他foc＜0.01.的點(diǎn)。LHK、LG、JS、CM沉積物中foc含量為0.001～0.01,只有當(dāng)OC含

7、量相對(duì)較高時(shí),吸附過程才以分配為主,而礦物的吸附作用在水溶液濃度較低,特別是當(dāng)Cw/Sw在0.0001～0.001時(shí)尤為明顯,而該濃度則與自然界水體中濃度接近。對(duì)沉積物吸附PAHs影響因素的研究結(jié)果表明,環(huán)境因素中的鹽度和溫度對(duì)吸附的作用不顯著,營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)吸附的影響不明顯。在WSK和JS樣點(diǎn),隨著鹽度的增加,沉積物的吸附能力和等溫線的非線性有增強(qiáng)的趨勢(shì),而在有機(jī)碳含量較低的CM,沒有發(fā)現(xiàn)鹽度對(duì)吸附的影響。隨著溫度的升高,WSK和JS的lo

8、gKFr值均有不同程度的降低,吸附是放熱的過程表明,溫度升高不利于沉積物吸附菲。NH4-N濃度對(duì)吸附的影響不明顯,隨著NH4-N的增加,logKFr和n值均沒有顯著變化,表明氨氮不是影響沉積物吸附菲的主要影響因素。沉積物組成是影響沉積物吸附的主要因素。沉積物中有機(jī)碳部分是吸附菲的主要成分,用H2O2去除的有機(jī)碳組分的在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)的Freundlich常數(shù)表明,其n值均約為1,與有機(jī)碳吸附特征相吻合。因此計(jì)算出的WSK和LG有機(jī)碳分配

9、值Koc分別為4.07和3.87,與經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)測(cè)值3.98接近。通過應(yīng)用Ⅲ級(jí)穩(wěn)態(tài)假設(shè)模擬菲在長(zhǎng)江口各環(huán)境介質(zhì)中的歸趨,得到菲的濃度以及在各介質(zhì)間的遷移轉(zhuǎn)化通量。通過將模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比,證實(shí)該模型對(duì)長(zhǎng)江口環(huán)境模擬具有效性,直觀的表達(dá)了PAHs在長(zhǎng)江河口環(huán)境中的環(huán)境行為。模型模擬結(jié)果顯示,PAHs主要富集于植物和沉積物中;平流是PAHs輸入輸出該環(huán)境的主要方式;PAHs在植物中的降解速率最快,沉積物中最慢;遷移通量中大氣向植物和水體的遷移