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微塑料作为一类新型污染物,其粒径小、分布广且易被误食,对水环境乃至整个生态系统存在巨大的潜在风险,这引起了国内外的广泛关注。目前,我国淡水河流微塑料污染现状尚不明晰,而关于长江中微塑料的研究主要集中在中下游及入海口,而上游地区的微塑料调查研究数据还极为匮乏。本论文以长江(重庆主城区段)为研究区域,调查研究了不同时期时表层水及岸坡土壤中微塑料的分布特征;同时,针对微塑料的归趋问题,开展了室内模拟试验,探究了不同条件下微塑料在多孔介质中的迁移机制,对我国淡水流域微塑料污染、生态风险及控制研究具有重要意义。主要研究结果如下:
(1)通过对研究区域10个采样点中表层水进行微塑料的分布特征进行调查研究,发现汛期时,微塑料的丰度范围为43.55~125.00n/L,平均丰度为71.84±23.93n/L,非汛期时,微塑料的丰度范围为46.67~204.17n/L,平均丰度为104.54±55.44n/L,汛期时表层水中微塑料的丰度与非汛期时没有显著性差异(p=0.112>0.01)。表层水中微塑料的类型占比从大到小为:纤维>薄膜>碎片>微珠>泡沫,其中纤维类微塑料占据了大部分(平均占比为76.84%)。随着粒径的减小,微塑料的数量逐渐增多。原位傅立叶变换红外光谱测定结果表明存在聚丙烯、聚酯、邻二甲苯酸聚氯乙烯和高密度聚乙烯四种化学成分的微塑料。
(2)通过对研究区域10个采样点中岸坡土壤进行微塑料的分布特征进行调查研究,发现汛期时,微塑料的丰度范围为40.00~420.00n/kgdw,平均丰度为193.33±131.95n/kgdw,与表层水的微塑料的丰度分布不存在相关性(r=0.274,p>0.05),非汛期时,微塑料的丰度范围为100.00~583.33n/kgdw,平均丰度为231.67±138.39n/kgdw,与表层水中的微塑料的丰度分布不存在相关性(r=-0.197,p>0.05),汛期时岸坡土壤中微塑料的丰度与非汛期时没有显著性差异(p=0.843>0.05)。五种类型的微塑料都被发现,其中纤维类(28.85%)和薄膜类(33.10%)微塑料是主要的组成部分。随着粒径的减小,微塑料的数量逐渐增多。土壤中微塑料丰度与DOC浓度无显著相关。
(3)通过以0.2μm、2μm和4μm的聚苯乙烯颗粒为试验对象,垂直及水平固定石英砂填充的有机玻璃柱,进行室内土柱试验,发现如下微粒运移规律:一般情况下,随着流速增大、浓度增加或粒径减小,穿透曲线的峰值逐渐增大,会促进微粒在多孔介质中的运移。但是工作溶液浓度超过某一临界浓度值,增加工作溶液的浓度则会抑制微粒在多孔介质中的运移,而流速的增加会使这一临界浓度值变大,并且当工作溶液浓度较高时,流速的增大反而会抑制微粒在多孔介质中的迁移。随着流速逐渐增大,微粒粒径越大,重力作用对于微粒运移的影响越大,而随着工作溶液浓度的增加,重力作用对于微粒运移的影响逐渐减弱。对比分析垂直与水平固定条件下微粒的运移情况,发现存在一个临界浓度值,在工作溶液浓度小于临界浓度值时,水平固定条件比垂直固定条件沉积更少,大于临界浓度值时,则是垂直条件下沉积更少,而流速的增大或者粒径的增大,会使临界浓度值增大。当粒径增加到一定程度时,在某一临界浓度值,当小于临界浓度值时,工作溶液的浓度增加对于微粒在多孔介质中的运移起主导作用,而大于临界浓度值时,重力对于微粒在多孔介质中的运移起主导作用。
(1)通过对研究区域10个采样点中表层水进行微塑料的分布特征进行调查研究,发现汛期时,微塑料的丰度范围为43.55~125.00n/L,平均丰度为71.84±23.93n/L,非汛期时,微塑料的丰度范围为46.67~204.17n/L,平均丰度为104.54±55.44n/L,汛期时表层水中微塑料的丰度与非汛期时没有显著性差异(p=0.112>0.01)。表层水中微塑料的类型占比从大到小为:纤维>薄膜>碎片>微珠>泡沫,其中纤维类微塑料占据了大部分(平均占比为76.84%)。随着粒径的减小,微塑料的数量逐渐增多。原位傅立叶变换红外光谱测定结果表明存在聚丙烯、聚酯、邻二甲苯酸聚氯乙烯和高密度聚乙烯四种化学成分的微塑料。
(2)通过对研究区域10个采样点中岸坡土壤进行微塑料的分布特征进行调查研究,发现汛期时,微塑料的丰度范围为40.00~420.00n/kgdw,平均丰度为193.33±131.95n/kgdw,与表层水的微塑料的丰度分布不存在相关性(r=0.274,p>0.05),非汛期时,微塑料的丰度范围为100.00~583.33n/kgdw,平均丰度为231.67±138.39n/kgdw,与表层水中的微塑料的丰度分布不存在相关性(r=-0.197,p>0.05),汛期时岸坡土壤中微塑料的丰度与非汛期时没有显著性差异(p=0.843>0.05)。五种类型的微塑料都被发现,其中纤维类(28.85%)和薄膜类(33.10%)微塑料是主要的组成部分。随着粒径的减小,微塑料的数量逐渐增多。土壤中微塑料丰度与DOC浓度无显著相关。
(3)通过以0.2μm、2μm和4μm的聚苯乙烯颗粒为试验对象,垂直及水平固定石英砂填充的有机玻璃柱,进行室内土柱试验,发现如下微粒运移规律:一般情况下,随着流速增大、浓度增加或粒径减小,穿透曲线的峰值逐渐增大,会促进微粒在多孔介质中的运移。但是工作溶液浓度超过某一临界浓度值,增加工作溶液的浓度则会抑制微粒在多孔介质中的运移,而流速的增加会使这一临界浓度值变大,并且当工作溶液浓度较高时,流速的增大反而会抑制微粒在多孔介质中的迁移。随着流速逐渐增大,微粒粒径越大,重力作用对于微粒运移的影响越大,而随着工作溶液浓度的增加,重力作用对于微粒运移的影响逐渐减弱。对比分析垂直与水平固定条件下微粒的运移情况,发现存在一个临界浓度值,在工作溶液浓度小于临界浓度值时,水平固定条件比垂直固定条件沉积更少,大于临界浓度值时,则是垂直条件下沉积更少,而流速的增大或者粒径的增大,会使临界浓度值增大。当粒径增加到一定程度时,在某一临界浓度值,当小于临界浓度值时,工作溶液的浓度增加对于微粒在多孔介质中的运移起主导作用,而大于临界浓度值时,重力对于微粒在多孔介质中的运移起主导作用。