吳小偉

高郵湖有機(jī)污染現(xiàn)狀與底泥吸附特性研究

吳小偉

隨著有機(jī)合成品在人們生產(chǎn)和生活中的廣泛應(yīng)用，大量有機(jī)污染物如農(nóng)藥、染料、醫(yī)藥等對(duì)水環(huán)境的污染日益加劇。有機(jī)污染物一般都表現(xiàn)出較強(qiáng)的疏水性，它們進(jìn)入水體以后傾向于吸附在底泥介質(zhì)中。被底泥吸附而固定下來(lái)的有機(jī)污染物，在適當(dāng)?shù)臈l件下又會(huì)釋放到環(huán)境中，成為二次污染源。湖泊底泥是眾多污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的載體，是水體中多種污染物的二次污染來(lái)源。近年來(lái)許多研究工作都已證實(shí)，底泥對(duì)非離子型有機(jī)化合物的吸附主要是這些化合物在底泥有機(jī)質(zhì)中的分配。由于底泥有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)上的差異性，即便是同一種有機(jī)物在不同來(lái)源湖泊底泥上的吸附強(qiáng)度也會(huì)有很大偏差，底泥有機(jī)質(zhì)含量、底泥外表面性質(zhì)是控制有機(jī)污染物吸附的主要因素。底泥對(duì)污染物吸附方式的不同是決定內(nèi)源污染程度、污染物重新釋放的關(guān)鍵因素。

高郵湖是江蘇省第三大湖，屬大型過(guò)水性湖泊，為淮河入江水道，水域面積為760.67km2。從近十年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，高郵湖全年的水質(zhì)基本保持在Ⅲ—Ⅴ類，超標(biāo)項(xiàng)目多為總氮、總磷。然而隨著工農(nóng)業(yè)污染的加劇，尤其是近年來(lái)周邊助劑廠、染化廠的出現(xiàn)以及有機(jī)合成農(nóng)藥、殺蟲(chóng)劑的廣泛使用，高郵湖正面臨著有機(jī)污染的潛在危害。

1 高郵湖水體和底泥中有機(jī)污染現(xiàn)狀

在高郵湖（揚(yáng)州境內(nèi)）湖區(qū)選取了四個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別對(duì)水樣及底泥樣品中有機(jī)物的種類進(jìn)行了定性分析。圖1為水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖，分別為：高郵湖生態(tài)養(yǎng)殖區(qū)（界首取樣點(diǎn)），高郵湖生態(tài)恢復(fù)區(qū)（馬棚取樣點(diǎn)），高郵湖資源保留區(qū)（高郵湖水位站），高郵湖資源保留區(qū)（郭集取樣點(diǎn)）。

利用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）對(duì)水體和底泥中主要有機(jī)污染物進(jìn)行了定性分析，定性分析通過(guò)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)NIST質(zhì)譜庫(kù)檢索進(jìn)行，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化合物的保留時(shí)間比較和計(jì)算Lee保留指數(shù)對(duì)比進(jìn)行。分析結(jié)果（見(jiàn)表1）由中科院南京地理與湖泊研究所提供。

高郵湖水體中基本未檢出有機(jī)污染物，而在高郵湖底泥中存在不同程度的難降解有毒有機(jī)污染物（多環(huán)芳烴類、氯苯，有機(jī)農(nóng)藥）。這些化合物毒性大且難降解，可能對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。

2 高郵湖底泥對(duì)三種常見(jiàn)有機(jī)污染物的吸附研究

2.1 吸附實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在上述4個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集表層底泥樣品，自然風(fēng)干、輕打拍碎，過(guò)2mm篩去除雜物，保存?zhèn)溆谩８鶕?jù)高郵湖底泥中檢出的有機(jī)污染物種類，吸附質(zhì)選取了多環(huán)芳烴類、氯苯類和有機(jī)農(nóng)藥類。本研究中多環(huán)芳烴選取菲、氯苯類選取1，2，4，5- 四氯苯、有機(jī)農(nóng)藥選取2，6-二氯苯腈。表2給出了三種吸附質(zhì)的理化性質(zhì)。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取適量的底泥樣品，加入背景液（0.02 mol/LNaCl和200 mg/LNaN3），浸潤(rùn)一段時(shí)間后，加入吸附質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。室溫下旋轉(zhuǎn)平衡，吸附達(dá)到平衡后，靜置離心，取上清液，分析化合物水相平衡濃度。

菲和2，6-二氯苯腈均采用高效液相色譜分析，流動(dòng)相比例（甲醇：水）分別為90∶10、75∶25,紫外檢測(cè)波長(zhǎng)分別為254nm、210nm。1，2，4，5- 四氯苯采用氣相色譜分析（電子捕獲檢測(cè)器）。有機(jī)碳含量采用燃燒稱重法分析：用0.01mol/L鹽酸酸化底泥樣品，去除無(wú)機(jī)碳，然后樣品冷凍干燥，一周后對(duì)干燥的樣品進(jìn)行元素分析，獲得有機(jī)碳含量。底泥礦物組成采用X射線衍射分析，底泥表面形態(tài)采用掃描電鏡分析，底泥粒徑分布采用激光粒度分析儀分析。

2.3 吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

高郵湖底泥平均粒徑為4.55mm、粘粒組分（粒徑<2mm）占8.1%；有機(jī)碳含量為1.02%；主要礦物組成以云母、蛭石、蒙脫石為主。

吸附等溫線采用Freundlich模型q=KFCwn擬合（其中q/（mmolkg-1）、Cw/（mmolL-1）分別代表吸附平衡時(shí)固、液相中化合物的濃度，KF/（mmol1-nLnkg-1）指的是Freundlich模型中的擬合系數(shù)，n代表線性指數(shù)）。表3給出了吸附等溫線Freundlich模型擬合后的相關(guān)參數(shù)。總的來(lái)說(shuō)Freundlich等溫線能夠很好地?cái)M合吸附數(shù)據(jù)，高郵湖底泥對(duì)三種有機(jī)污染物的吸附強(qiáng)弱順序?yàn)椋悍疲?，2，4，5- 四氯苯＞2，6- 二氯苯腈。從n 值上可以看出1，2，4，5- 四氯苯和2，6-二氯苯腈的吸附線性程度很強(qiáng)，而菲呈現(xiàn)出非線性。

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對(duì)比菲和1，2，4，5- 四氯苯，從表2中溶解度和正辛醇—水分配系數(shù)上看菲的疏水性略小于1，2，4，5- 四氯苯，然而從KF值上看菲在高郵湖底泥上的吸附強(qiáng)度卻遠(yuǎn)大于1，2，4，5- 四氯苯。這說(shuō)明菲在高郵湖底泥上的吸附不僅僅是疏水分配。近年來(lái)文獻(xiàn)中有人提出，致密濃縮的有機(jī)質(zhì)對(duì)芳香類有機(jī)物有著更強(qiáng)的吸附能力。高郵湖底泥表面形態(tài)質(zhì)地致密濃縮，孔狀結(jié)構(gòu)相對(duì)較少，可以初步推測(cè)高郵湖底泥有機(jī)質(zhì)中交叉相連的芳環(huán)結(jié)構(gòu)較多，芳香碳含量較高。這種特殊的結(jié)構(gòu)特征決定了其對(duì)多環(huán)芳烴有著更強(qiáng)的吸附能力。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為極性化合物溶解度較大且存在極性官能團(tuán)，在底泥吸附中微孔及表面吸附作用相對(duì)較強(qiáng)。然而在本實(shí)驗(yàn)中，從n值上看2，6-二氯苯腈在高郵湖底泥上的的吸附基本完全線性，2，6-二氯苯腈主要是分配到高郵湖底泥有機(jī)質(zhì)中，礦物的貢獻(xiàn)較小。

3 高郵湖底泥有機(jī)污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，高郵湖底泥有機(jī)質(zhì)含量高，有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)致密，極易吸附難降解有機(jī)污染物。由于底泥的吸附作用及疏水性有機(jī)污染物的易積累性，使得這些難降解的有機(jī)毒物在底泥中的濃度大大高于水中濃度，這些污染物在上覆水中僅以痕量水平存在，以現(xiàn)有的檢測(cè)方法甚至難以檢出，但底泥的吸附作用使得它們?cè)诘啄嘀械暮客^(guò)生物的健康閾值，直接或間接地對(duì)底棲生物和上覆水生物造成危害，進(jìn)而影響整個(gè)湖泊的健康生態(tài)。

4 研究結(jié)論

盡管富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題一直以來(lái)都是湖泊治理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，然而湖泊的有機(jī)污染也不容忽視。高郵湖底泥特殊的有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致有機(jī)毒物對(duì)湖泊的生態(tài)危害具有隱蔽性和持久性，目前高郵湖底泥正面臨有機(jī)污染威脅，亟待采取有效控制措施。首先，要控制源頭污染，嚴(yán)禁周邊農(nóng)田使用有機(jī)農(nóng)藥，嚴(yán)格控制淮河上游企業(yè)有機(jī)污染物排放；其次，酌情對(duì)高郵湖底泥淤積嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行清淤，并將淤泥送污水處理廠處置；第三，有機(jī)污染物易隨大氣沉降，污染區(qū)域廣，所以在城市高速發(fā)展進(jìn)程中應(yīng)合理制定城市的工農(nóng)業(yè)區(qū)劃；第四，有機(jī)污染物量小毒大，有機(jī)污染存在一定的隱蔽性和持久性，應(yīng)提高公眾的有機(jī)污染危害意識(shí)

江蘇省水文水資源勘測(cè)局揚(yáng)州分局 250002）