陳 蓉，劉華英，黃 斌，楊小霞，李曉曼，孫雯雯，潘學(xué)軍

(昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650500)

滇池水域雙酚A的環(huán)境多介質(zhì)遷移和歸趨模擬*

陳 蓉，劉華英，黃 斌**，楊小霞，李曉曼，孫雯雯，潘學(xué)軍

(昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，昆明 650500)

以雙酚A為研究對(duì)象，利用四級(jí)多介質(zhì)逸度模型模擬非穩(wěn)態(tài)非平衡條件下1991-2011年間雙酚A在滇池水域水相、表層沉積物相和中層沉積物相中的濃度分布、相間的遷移通量，確定主要遷移過(guò)程；結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行可靠性驗(yàn)證；并對(duì)常數(shù)之外的12個(gè)模型參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析.結(jié)果表明：入滇總量98%的雙酚A主要通過(guò)水體降解去除，滇池出水去除量和水體殘留量共約占1%，余下部分進(jìn)入沉積物相；沉積物相是殘留雙酚A最主要的匯，其中，表層沉積物相中雙酚A濃度最高，3相中濃度變化趨勢(shì)受外界輸入影響較大；水相→表層沉積物相的遷移為雙酚A在滇池的主要遷移過(guò)程，其次為表層沉積物相→中層沉積物相；雙酚A在水中的降解速率、有機(jī)碳分配系數(shù)，各環(huán)境相中有機(jī)碳含量、固相體積比等參數(shù)靈敏度較高，對(duì)模型的影響較為顯著；模型計(jì)算濃度與實(shí)測(cè)濃度吻合較好，表明建立的四級(jí)多介質(zhì)逸度模型適用于滇池水域雙酚A環(huán)境多介質(zhì)遷移和歸趨模擬.

雙酚A；多介質(zhì)歸趨；逸度模型；滇池

雙酚A(Bisphenol A，BPA)是一種重要的化工原料，主要用于生產(chǎn)環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸脂等多種高分子材料，也用于生產(chǎn)增塑劑、阻燃劑、抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、涂料等精細(xì)化工產(chǎn)品.BPA產(chǎn)量及用量隨著社會(huì)發(fā)展而大量增加的同時(shí)[1]，不可避免造成嚴(yán)重的環(huán)境污染.研究發(fā)現(xiàn)，BPA可明顯增加動(dòng)物乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、白血病等癌癥的發(fā)生[2-4]，具有一定的胚胎毒性和致畸性[5]，且能導(dǎo)致動(dòng)物性早熟、精子數(shù)目下降等[6].多項(xiàng)研究表明，在人類血清、尿液、羊水、乳汁內(nèi)均可檢測(cè)到BPA[7-8].盡管BPA在環(huán)境中有較快的降解速率，但隨著大量BPA進(jìn)入環(huán)境，研究BPA在環(huán)境相中的遷移轉(zhuǎn)化行為對(duì)預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)和預(yù)防其引發(fā)的環(huán)境污染具有重要意義，也可為區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

Mackay[9]提出的逸度模型被廣泛地應(yīng)用于有機(jī)物歸趨行為的模擬和預(yù)測(cè).如董繼元等[10-11]和田慧等[12]運(yùn)用逸度模型模擬穩(wěn)態(tài)條件下蘭州區(qū)域DDT、PAHs和硫丹的多介質(zhì)環(huán)境歸趨行為，指出其主要儲(chǔ)庫(kù)為土壤和沉積物，此外還有苯并(a)芘等的遷移歸趨研究[13].此前本實(shí)驗(yàn)室已對(duì)滇池水域BPA污染狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析[14]，然而短期而低頻的監(jiān)測(cè)并不能體現(xiàn)出BPA污染狀況的變化趨勢(shì).對(duì)滇池水域BPA污染狀況進(jìn)行模擬可以掌握其遷移轉(zhuǎn)化趨勢(shì)并預(yù)測(cè)污染狀況的變化，但運(yùn)用四級(jí)逸度模型模擬BPA在特定區(qū)域環(huán)境相中歸趨行為的相關(guān)研究還未見(jiàn)報(bào)道.四級(jí)逸度模型建立在非穩(wěn)態(tài)非平衡條件下，直觀地表現(xiàn)出有機(jī)物的動(dòng)態(tài)歸趨變化.因而本文選用四級(jí)逸度模型，以滇池為研究區(qū)域，在模擬輸入的情況下，計(jì)算得到各環(huán)境相對(duì)BPA的容納能力及估算含量，研究BPA在滇池水域的動(dòng)態(tài)歸趨以及影響歸趨行為的主要參數(shù)，對(duì)滇池水域的生態(tài)保護(hù)以及評(píng)價(jià)環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義.

1 研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

滇池地處云貴高原中部，屬長(zhǎng)江流域金沙江水系，為斷陷構(gòu)造湖泊，是云貴高原上最大的淡水湖泊.流域面積約2920km2，山地居多，水域面積約300km2，平均水深約4.6m，主要入滇河流有22條.滇池流域?qū)儆谔厥獾母咴蛠啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，流域多年平均氣溫為15℃，平均降雨量為1000mm，其中80%集中于5-10月.流域內(nèi)共有鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)7000多家，自1980s以來(lái)，其年增長(zhǎng)速度約為40%.由于城市經(jīng)濟(jì)和流域工業(yè)的快速發(fā)展，1980s初滇池水體逐漸被污染，1990s迅速惡化，整個(gè)滇池水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，底泥也呈現(xiàn)出厭氧狀態(tài).1990s后期由于滇池水質(zhì)污染嚴(yán)重，被納入國(guó)家重點(diǎn)治理的3大湖泊之一.

1.2 模型框架

逸度(fugacity)概念常作為熱力學(xué)平衡的判斷標(biāo)準(zhǔn)[15].本研究以Mackay[9]的多介質(zhì)逸度模型為基礎(chǔ)，結(jié)合滇池水域構(gòu)建四級(jí)多介質(zhì)環(huán)境歸趨模型.在本研究所計(jì)算的四級(jí)逸度模型中，因BPA主要存在于水相和沉積物相，而大氣相中含量較小，BPA通過(guò)雨水沖刷等方式進(jìn)入水體是單向過(guò)程，水體的BPA很難通過(guò)分子擴(kuò)散等方式進(jìn)入周邊土壤，故本模型主要研究BPA在滇池水域的環(huán)境行為及其主要影響因子，所涉及的環(huán)境主相主要包括水相、表層沉積物相(0～5cm)和中層沉積物相(5～10cm)，而各個(gè)主相又包括水相和固相.因滇池水體中的魚(yú)類總量自1980年以來(lái)急劇下降[16]，盡管后來(lái)有所保護(hù)，但通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，滇池魚(yú)類對(duì)BPA的富集影響相對(duì)較小[17]，故本研究沒(méi)有考慮水體魚(yú)類.本研究根據(jù)滇池環(huán)境惡化狀態(tài)[16]及我國(guó)BPA使用情況[18]，設(shè)計(jì)模擬時(shí)間段定為1991-2011年.各環(huán)境相中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度C(mol/m3)為逸度f(wàn)(Pa)和逸度容量Z(mol/(m3·Pa))的乘積，即Ci=fi·Zi.營(yíng)養(yǎng)鹽在各環(huán)境相中的遷移通量T(mol/h)為逸度f(wàn)和遷移速率D(mol/(h·Pa))的乘積，即Tij=fi·Dij，降解通量TR(mol/h)為營(yíng)養(yǎng)鹽在各環(huán)境相中的遷移通量，為逸度f(wàn)和降解速率DR(mol/(h·Pa))的乘積，即TRi=fi·DRi.其中Z、D和DR的計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[12，19-20].

模型假設(shè)營(yíng)養(yǎng)鹽在各環(huán)境相間處于非穩(wěn)態(tài)非平衡狀態(tài)，并據(jù)質(zhì)量守恒定律，建立質(zhì)量平衡微分方程組，則四級(jí)逸度模型轉(zhuǎn)化為一系列微分方程組構(gòu)成的數(shù)學(xué)表達(dá)式.各環(huán)境主相中的質(zhì)量平衡方程為：

(1)

(2)

(3)

式中，VW、VS1、VS2分別表示滇池水相、表層沉積物相、中層沉積物相的體積(m3)，ZW、ZS1、ZS2分別表示滇池水相、表層沉積物相、中層沉積物相的總逸度容量(mol/(m3·Pa))，fW、fS1、fS2分別表示滇池水相、表層沉積物相、中層沉積物相的逸度(Pa)，DAW、DWA、DS1W、DWS1、DS1S2、DS2S1、DW0、DS20分別表示氣相到水相、水相到氣相、表層沉積物相到水相、水相到表層沉積物相、表層沉積物相到中層沉積物相、中層沉積物相到表層沉積物相、水相到出水去除、中層沉積物相到底層沉積物相的環(huán)境過(guò)程遷移速率(mol/(h·Pa))，DRW、DRS1、DRS2分別表示BPA在水相、表層沉積物相、中層沉積物相中的降解速率(mol/(h·Pa)).

1.3 過(guò)程和參數(shù)識(shí)別

BPA在研究區(qū)域內(nèi)遷移交換過(guò)程包括：污染物的平流輸入、輸出，污染源的排放，污染物在各環(huán)境介質(zhì)間的遷移，相內(nèi)的降解反應(yīng)等.本研究共收集兩組數(shù)據(jù)，一組為模型輸入?yún)?shù)，包括BPA理化性質(zhì)及降解速率常數(shù)(表1)、遷移轉(zhuǎn)化參數(shù)[21]、滇池流域環(huán)境屬性參數(shù)(表2)；另一組數(shù)據(jù)為滇池流域BPA實(shí)測(cè)濃度值，用于模擬結(jié)果驗(yàn)證.本研究中，關(guān)于云南地區(qū)的BPA用量以及排放量數(shù)據(jù)均缺乏，故根據(jù)全國(guó)BPA使用量和2010年滇池部分入流量來(lái)估算BPA在滇池的排放趨勢(shì)[17，22].由于滇池表層沉積物相處于厭氧狀態(tài)，而B(niǎo)PA在沉積物相中的降解主要依靠好氧微生物，所以本研究以表層沉積物相中固相部分BPA的降解速率為零，水子相部分降解速率與水相一致計(jì)，中層沉積物相中以完全沒(méi)有降解計(jì).為保證模擬結(jié)果的精度，盡可能收集較多文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)所得參數(shù)值的分布類型計(jì)算參數(shù)均值.

表1 BPA的理化性質(zhì)參數(shù)[23-25]

表2 滇池流域主要環(huán)境參數(shù)[26-32]*

*上標(biāo)“a”表示為實(shí)驗(yàn)室測(cè)定數(shù)據(jù).

1.4 模型求解與驗(yàn)證

用Matlab編程解上述微分方程，以各參數(shù)均值及BPA排放數(shù)據(jù)為模型輸入數(shù)據(jù)，計(jì)算得到BPA的濃度和遷移通量數(shù)據(jù)，并將計(jì)算所得濃度與不同時(shí)段實(shí)測(cè)濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證.對(duì)模型可靠性驗(yàn)證的實(shí)測(cè)值，本研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)室所測(cè)得的2010年BPA在滇池水相、表層沉積物相、中層沉積物相中的濃度來(lái)驗(yàn)證模型.為確定對(duì)研究區(qū)域BPA環(huán)境行為有重要影響的過(guò)程和參數(shù)，還對(duì)輸入?yún)?shù)進(jìn)行靈敏度分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 滇池中BPA的輸入量

圖1 滇池水域1991-2011年BPA排放速率Fig.1 The input rate of BPA to Lake Dianchi during 1991-2011

表3 滇池逸度容量值

Tab.3 Z values of BPA in Lake Dianchi

主相子相Z值/(mol/(m3·Pa))大氣氣相4.18×10-4顆粒相1.96×108總相2.40×10-2水水相1.42×105懸浮顆粒相2.06×106總相1.42×105表層沉積物固相2.27×109總相5.50×108中層沉積物固相2.78×109總相1.09×109

BPA主要通過(guò)入滇河流、雨水沖刷、大氣沉降和雨水溶解方式進(jìn)入滇池.因缺乏相關(guān)資料，本文根據(jù)1996-2002年[18]、2005年[22]全國(guó)BPA及其下游產(chǎn)品的生產(chǎn)量和進(jìn)口量以及相關(guān)資料估算滇池水域在1991-2011年間對(duì)BPA的納污量.具體估算參數(shù)如下：滇池流域BPA實(shí)際使用量與全國(guó)BPA及其下游產(chǎn)品的實(shí)際使用量比值以滇池流域面積所占全國(guó)面積比例計(jì)；而形成污染物排放到環(huán)境中的BPA濃度以BPA及其下游產(chǎn)品總量的10%計(jì)[33]；污染物BPA可進(jìn)入水體、土壤等環(huán)境，且BPA在進(jìn)入污水處理廠沿途會(huì)消耗降解，故本研究假定修正系數(shù)為0.3；經(jīng)滇池流域各污水處理廠處理之后，BPA殘留率為20%[14].

全國(guó)BPA及其下游產(chǎn)品的實(shí)際使用量包括BPA的表觀消費(fèi)量(約占26.3%)、下游產(chǎn)品環(huán)氧樹(shù)脂和聚碳酸樹(shù)脂的凈進(jìn)口量(約占73.7%)兩部分[18].因相應(yīng)文獻(xiàn)中只有1996-2002年全國(guó)BPA及其下游產(chǎn)品的生產(chǎn)量和進(jìn)口量資料，故本研究參考李小平[22]對(duì)2005和2010年BPA的表觀消費(fèi)量的預(yù)測(cè)信息，假設(shè)1991-1999年的BPA及其下游產(chǎn)品消費(fèi)總量符合文獻(xiàn)[22]中1996-1999年的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而之后符合2000-2002年的增長(zhǎng)趨勢(shì).1991-2011年間估算所得滇池BPA排放速率如圖1所示.

2.2 不同環(huán)境相對(duì)BPA容納能力和BPA濃度

根據(jù)環(huán)境屬性參數(shù)和BPA的理化性質(zhì)參數(shù)，計(jì)算各環(huán)境相對(duì)BPA的容納能力，即Z值，計(jì)算結(jié)果如表3所示.滇池水體中，各環(huán)境主相中的逸度容納能力表現(xiàn)為：中層沉積物相(Z=1.09×109mol/(m3·Pa))>表層沉積物相(Z=5.50×108mol/(m3·Pa))>水相(Z=1.42×105mol/(m3·Pa)).而各環(huán)境子相逸度容量值比較，固相(2.06×106～2.78×109mol/(m3·Pa))>水相(1.42×105mol/(m3·Pa))>氣相(4.18×10-4mol/(m3·Pa)).逸度容量值主要受污染物的有機(jī)碳分配系數(shù)、環(huán)境相有機(jī)碳含量和固相體積比的影響，所以BPA在固相中的Z值最大.盡管表層沉積物相中有機(jī)碳含量略高于中層沉積物相，但中層沉積物相中固相含量高，所以其Z值大于表層沉積物相.與水相和沉積物相比，氣相的Z值較低，這與氣相中顆粒物含量低，對(duì)BPA容納能力不高相一致.

BPA在表層沉積物相中濃度最高，其次為中層沉積物相，水相中濃度最低.以2010年為例，表層沉積物相、中層沉積物相、水相中BPA濃度分別為1.99×10-4、1.31×10-4、3.50×10-7mol/m3，表層沉積物相的BPA濃度約為中層沉積物相濃度的1.5倍，為水相濃度的575倍.這主要是因?yàn)锽PA有較大的有機(jī)碳分配系數(shù)，其濃度與有機(jī)質(zhì)濃度呈正比，且沉積物相對(duì)BPA的容納能力遠(yuǎn)高于水相，使得BPA在水相中濃度遠(yuǎn)低于沉積物相.盡管中層沉積物相對(duì)BPA的容納能力強(qiáng)于表層沉積物相，但由于水相中BPA持續(xù)遷移至表層沉積物相中，同時(shí)BPA在沉積物相中的遷移能力不強(qiáng)，且中層沉積物相BPA濃度受表層沉積物相控制，故中層沉積物相中BPA濃度略低于表層沉積物相.1991-2011年滇池各環(huán)境相中的BPA濃度逐年增加，但變化趨勢(shì)有差別.在水相中1996年之前，受BPA排放量的影響，其濃度變化較緩慢，但1996年之后，由于BPA的廣泛應(yīng)用，BPA濃度增加趨勢(shì)變強(qiáng)，但在2008年之后，隨著B(niǎo)PA的使用方式達(dá)到飽和，BPA濃度的增加趨勢(shì)開(kāi)始變緩.而表層沉積物相中的變化趨勢(shì)較水相推遲幾年，在1998年之前變化趨勢(shì)較緩，之后就呈現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)趨勢(shì).而在中層沉積物相中，2000年以前BPA濃度增加較緩慢，2000年之后則一直維持較快的增長(zhǎng)趨勢(shì).總體來(lái)說(shuō)，BPA濃度變化趨勢(shì)表現(xiàn)為中層沉積物相滯后于表層沉積物相，表層沉積物相滯后于水相(圖2).

圖2 1991-2011年BPA在滇池不同環(huán)境相中的濃度變化趨勢(shì)Fig.2 The concentrations of BPA in different compartments of Lake Dianchi during 1991-2011

2.3 相間遷移通量與主要遷移過(guò)程

圖3 滇池中BPA在1991-2011年間的遷移通量Fig.3 Transfer fluxes of BPA among different compartments of Lake Dianchi during 1991-2011

1991-2011年BPA在各相間的遷移通量變化趨勢(shì)表明，隨著時(shí)間的推移，各相間的遷移通量都呈現(xiàn)出增加的趨勢(shì)(圖3).由于遷移通量和濃度計(jì)算均是基于逸度，故BPA在相間的遷移通量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)與其濃度趨勢(shì)相似.不同相間遷移過(guò)程中，水相→表層沉積物相的遷移通量最大.其次是表層沉積物相→中層沉積物相、水相→出水去除兩個(gè)遷移過(guò)程，且這兩個(gè)過(guò)程的遷移通量大小為：2007年之前，水相→出水去除遷移通量高于表層沉積物相→中層沉積物相，而2007年之后，則為表層沉積物相→中層沉積物相的遷移通量略大.這是因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，沉積物相中BPA濃度逐漸增加，而表層沉積物相中BPA濃度增加速率大于水相中濃度增加速率，使得BPA由表層沉積物相進(jìn)入中層沉積物相的推動(dòng)力強(qiáng)于水相.在表層沉積物相→水相、中層沉積物相→底層沉積物相兩個(gè)遷移過(guò)程中，前者的遷移通量大于后者，且遷移通量增加速率相似.而氣相到水相的遷移通量增加速率則低于表層沉積物相→水相和中層沉積物相→底層沉積物相遷移過(guò)程，所以盡管最初氣相→水相遷移通量大于另外兩個(gè)遷移過(guò)程，但2010年之后，其遷移通量呈現(xiàn)出低于表層沉積物相→水相和中層沉積物相→底層沉積物遷移過(guò)程.在8個(gè)相間遷移過(guò)程中，中層沉積物相→表層沉積物相和水相→氣相過(guò)程遷移通量值最小，相對(duì)其他遷移過(guò)程，其值可忽略.

圖4 2010年滇池中BPA在不同環(huán)境過(guò)程的分配Fig.4 The distribution of BPA in different environment processes in Lake Dianchi in 2010

圖5 2010年滇池BPA實(shí)測(cè)值與計(jì)算值比較Fig.5 Comparison between calculated and measured concentrations of BPA of Lake Dianchi in 2010

以2010年為例，滇池水域中BPA在水相至表層沉積物過(guò)程遷移通量為4.41×10-2mol/h，表層沉積物相至中層沉積物相遷移通量為2.27×10-2mol/h，平流輸出為2.14×10-2mol/h，以上3個(gè)環(huán)境過(guò)程為BPA在滇池水域的主要遷移過(guò)程.其余各環(huán)境過(guò)程的遷移通量如下：表層沉積物相至水相遷移通量為1.57×10-2mol/h，中層沉積物相至底層沉積物相為1.22×10-2mol/h，氣相至水相為1.19×10-2mol/h，中層沉積物相至表層沉積物相為1.08×10-3mol/h，水相至氣相為2.70×10-4mol/h(圖3).BPA在不同環(huán)境過(guò)程的分配比例(圖4)結(jié)果表明，進(jìn)入滇池的BPA主要通過(guò)水體降解去除，約占入滇總量的98.5%，是BPA的主要去除過(guò)程，而少量余下的BPA中平流輸出和水體殘留占51.33%，其余部分進(jìn)入沉積物相，沉積物相中表層沉積物相中BPA的量高于中層沉積物相.

2.4 模型結(jié)果驗(yàn)證

本研究以2010年7月和12月滇池水相、表層沉積物相和中層沉積物相6個(gè)國(guó)控采樣點(diǎn)中的BPA濃度[14]均值為實(shí)測(cè)值，與計(jì)算所得的各相濃度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，結(jié)果如圖5所示.在水相中，BPA濃度計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，其偏差小于0.6%；表層沉積物相中，計(jì)算濃度值約為實(shí)測(cè)值的96.6%，而中層沉積物相中的計(jì)算濃度值則約為實(shí)測(cè)值的120%.在水相模擬值偏差較小的情況下，表層沉積物相有3.4%的模擬值負(fù)偏差，而中層沉積物相中模擬值正偏差達(dá)20%.主要原因可能是：(1) 模型假定表層沉積物相中固相部分沒(méi)有BPA降解，而間隙水相中部分BPA降解速率與水相主相一致，但由于滇池表層沉積物相處于厭氧狀態(tài)，其水子相中BPA的降解并不能與水相中降解速率完全一致，使得表層沉積物相計(jì)算濃度略低于實(shí)測(cè)值；(2) 中層沉積物相中，研究假設(shè)BPA沒(méi)有降解，但滇池部分污染較輕的區(qū)域中層沉積物相中BPA有部分降解；(3) 參數(shù)的不確定性，模型中大部分參數(shù)來(lái)源于相關(guān)文獻(xiàn)，而不是滇池實(shí)測(cè)值.盡管計(jì)算結(jié)果有偏差，但BPA濃度在3個(gè)環(huán)境相中的驗(yàn)證結(jié)果仍在合理的精度范圍.

2.5 參數(shù)靈敏度分析

運(yùn)用靈敏度分析評(píng)估模型輸入?yún)?shù)的變化對(duì)計(jì)算值的影響，確定對(duì)模型計(jì)算結(jié)果影響較大的參數(shù).本研究對(duì)參數(shù)靈敏度的分析采用Cao等[34]所使用的方法.不同參數(shù)間的靈敏度系數(shù)比較，引入綜合靈敏度系數(shù)CS，該值近似等于變化因子為1時(shí)的參數(shù)靈敏度系數(shù)，其公式為：

CS=(CF1.1-CF0.9)/(0.2×CF1.0)=(CSF1.1-CSF0.9)/2

(4)

式中，參數(shù)CF0.9、CF1.0和CF1.1分別為當(dāng)輸入?yún)?shù)乘以變化因子0.9、1.0和1.1時(shí)所對(duì)應(yīng)的計(jì)算濃度，CSF0.9和CSF1.1分別為當(dāng)輸入?yún)?shù)乘以變化因子0.9和1.1時(shí)所對(duì)應(yīng)的靈敏度.

本研究主要選擇以下參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析：Vpw、Vps1、Vps2、Kw、沉積物相中BPA的埋葬速率(Udp)、水相中固相的沉降速率(Ubs)、H、PS、Koc、focw、focs1、focs2.圖6為BPA在各相中的靈敏度系數(shù)分?jǐn)?shù)，值的正負(fù)代表相應(yīng)參數(shù)對(duì)某相濃度的增大或減小作用.

圖6 滇池不同環(huán)境相中關(guān)鍵參數(shù)靈敏度Fig.6 The values of CS in different compartments of Lake Dianchi

水相中，除Kw靈敏度值較大為-1.0，其余參數(shù)對(duì)BPA在水相的濃度影響很小(圖6)，說(shuō)明水相中BPA降解速率變化會(huì)引起B(yǎng)PA在水相的濃度呈相同比例變化，這與入滇BPA主要依靠水體降解這一途徑去除相一致.對(duì)所選擇參數(shù)，Vpw、H、Koc、focw的增大會(huì)引起B(yǎng)PA在水相中濃度的增大；相反，其余8個(gè)參數(shù)值的增大會(huì)引起B(yǎng)PA在水相中濃度的降低.表層沉積物中各參數(shù)靈敏度系數(shù)絕對(duì)值之和大于水相中對(duì)應(yīng)值，說(shuō)明表層沉積物相BPA濃度受各參數(shù)整體影響大于水相所受影響.表層沉積物相中，除Udp和focw外，其余參數(shù)的增大對(duì)污染物都表現(xiàn)出降低作用.Kw、focs1、Koc靈敏度值較大，分別為-1.10、-0.95、-0.90，這說(shuō)明水相中BPA降解速率變化會(huì)引起B(yǎng)PA在水相的濃度進(jìn)而影響表層沉積物相中濃度，由于BPA的有機(jī)碳分配系數(shù)相對(duì)較大，因而focs1、Koc變化對(duì)模型的計(jì)算有較大影響.其次為參數(shù)Vps1、Ubs，其余參數(shù)變化對(duì)表層沉積物相BPA濃度影響較低，可忽略.3個(gè)環(huán)境相中，中層沉積物相BPA濃度受各參數(shù)整體影響最大.中層沉積物相中，參數(shù)Udp、Ubs、H、focw的增大會(huì)引起B(yǎng)PA濃度的增大，余下參數(shù)的增大則會(huì)引起濃度降低.這一結(jié)果意味著如果同比例增大所選參數(shù)值，中層沉積物相中BPA濃度的降低值會(huì)遠(yuǎn)高于增大值.

3 結(jié)論

1) 本研究模擬滇池區(qū)域BPA在各環(huán)境介質(zhì)中的濃度水平、相間遷移和環(huán)境歸趨行為. 模擬結(jié)果表明：入滇總量98%的BPA主要通過(guò)水體降解去除，滇池出水去除量和水體殘留量共約占1%，余下部分進(jìn)入沉積物相.沉積物相是殘留BPA最主要的匯，其中，表層沉積物相中BPA濃度最高，3相中濃度變化趨勢(shì)受外界輸入影響較大.

2) 不同相間的遷移過(guò)程中，水相→表層沉積物相的遷移是主要遷移過(guò)程，其次是表層沉積物相→中層沉積物相、水相→出水去除兩個(gè)遷移過(guò)程，遷移通量分別為4.41×10-2、2.27×10-2、2.14×10-2mol/h.

3) 靈敏度分析結(jié)果指出，BPA在水相中的降解速率、有機(jī)碳分配系數(shù)、有機(jī)碳含量、固相體積比等參數(shù)靈敏度系數(shù)較大，對(duì)模型影響比較顯著.模型驗(yàn)證結(jié)果指出，模擬濃度與實(shí)測(cè)濃度吻合較好，表明建立的四級(jí)多介質(zhì)逸度模型適用于滇池流域BPA的環(huán)境多介質(zhì)遷移及歸趨行為模擬.

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Simulation of multimedia transfer and fate of Bisphenol A in Lake Dianchi

CHEN Rong， LIU Huaying， HUANG Bin， YANG Xiaoxia， LI Xiaoman， SUN Wenwen & PAN Xuejun

(FacultyofEnvironmentalScienceandEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming650500，P.R.China)

A multimedia fugacity model (Level IV) was applied to simulate the concentration distribution and transfer fluxes of Bisphenol A (BPA) in three environmental compartments including water, up-sediment, middle-sediment in Lake Dianchi from 1991 to 2011. The reliability of this model was analyzed by comparing modeling results with measured data and the key parameters were selected by means of sensitivity analysis. The study results showed that sediment was the main reservoir of BPA in Lake Dianchi. The highest concentration of BPA was observed in the up-sediment. 98% of the total BPA that discharged into Lake Dianchi was removed by its degradation in water with ～1% was removed by water flow or as residual in sediments. The flux from water to sediment was the main process of migration among different media. The study results also indicated that the degradation rate of BPA in water, organic carbon partition coefficient of BPA, organic carbon content of sediment and solid phase volume ratio had significant influences on the sensitivity of the model. The reliability of the model was verified by the agreement between calculated and measured concentrations. The study showed that the established model was suitable for simulating the multimedia transfer and fate of BPA in the Lake Dianchi.

Bisphenol A； multimedia fate； fugacity model； Lake Dianchi

J.LakeSci.(湖泊科學(xué))， 2015， 27(6)： 1093-1100

DOI 10.18307/2015.0614

?2015 byJournalofLakeSciences

*國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41401558、21267012)、中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2014T70887，2013M531987)、云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目(2012FB124)和中國(guó)科學(xué)院環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(KF2013-04)聯(lián)合資助.

2014-09-04收稿；2015-01-22收修改稿.

陳蓉(1990～)，女，碩士研究生；E-mail：chenrrtt@163.com.

**通信作者；E-mail：huangbin@kmust.edu.cn.