多环芳烃在长江口滨岸沉积物中的吸附特征及归趋模拟

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weaseltrick
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河口地区作为海陆作用的重要地带、一个复杂的生态系统,具有其独特的生态价值。同时,受海陆交汇作用影响,各种环境因素变化剧烈,使河口环境又具有脆弱和敏感的特点。经济的快速发展,使大量的污染物输入到河口地区,对河口滨岸的环境产生了不同程度的影响。其中,多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)由于其致畸、致癌、致突变等特性,得到了国内外学者的广泛关注。而多环芳烃在环境介质中的迁移、转化、生物有效性等,则是学者们所关注的焦点。因此,本研究选择具有典型海陆作用的长江口滨岸地区作为研究对象,通过对典型3环多环芳烃—菲在沉积物-水间的分配及其影响机制进行研究,结合实测数据建立菲在长江口环境系统中的多介质归趋模型,不仅对多环芳烃的环境地球化学循环研究具有重要意义,也为多环芳烃污染治理提供了理论依据。PAHs在长江口滨岸沉积物中的分布特征表明,沉积物中PAHs的总量为246.5~1493.5ng/g,平均值为661.2ng/g。从空间分布看,SDK样点PAHs累积量最高,其次为WSK,从SDK沿岸线PAHs含量依次降低,金山PAHs含量较高。长江口滨岸沉积物中PAHs以3-4环为主,而PAHs单体中,占总量比例最高为菲(23.2%),其次为萘(16.5%)。与同类文献比较,长江口沉积物PAHs远低于国外一些污染严重的河口,而高于国内多数研究区,且长江口潮滩沉积物PAHs含量有下降的趋势。长江口滨岸沉积物中多环芳烃LMV/HMV结果显示,LHK、SDK、WSK样点LMV/HMV值小于1,显示出较强的高温燃烧来源,BLG、LG、FX、JS、CM的LMV/HMV值均大于1,表现为中低温燃烧和石油产品来源。尤其是CM,低分子量PAHs含量远高于高分子量组分,可见该点PAHs几乎全部来源于中低温燃烧和石油产品。对长江口滨岸带沉积物中PAHs特征比值判源结果显示,多种特征比值显示结果一致。沉积物中PAHs主要来源表现为矿物燃料不完全燃烧和石油产品输入两种途径。应用Freundlich模型、线性模型、Langmuir模型、二元模型对所得吸附试验数据进行拟合,研究长江口滨岸沉积物对菲的吸附特征,结果表明:Freundlich模型对数据拟合效果最好,除SDK和WSK表现出较高的线性和较高的吸附能力外,其他样点均呈较高的非线性和较低的吸附能力;线性模型对SDK和WSK的拟合效果较好,而其他样点线性较差;吸附等温线也符合Langmuir模型,其Qmax最高值也出现在SDK和WSK;二元模型模拟结果显示,线性部分吸附能力大于非线性部分,因此推断非线性部分对菲吸附起作用的不是炭黑,而是矿物质。对于SDK, WSK样点来说,Freundlich模型、线性模型和Freundlich型二元模型拟合结果均表明,在研究区当foc>0.01时,吸附过程以分配作用为主。线性模型计算logKoc值高于二元模型拟合Kp值,且该两点计算Koc。大于其他样点,表明该两点有机碳吸附力大于其他foc<0.01的点。LHK、LG、JS、CM沉积物中foc含量为0.001~0.01,只有当OC含量相对较高时,吸附过程才以分配为主,而矿物的吸附作用在水溶液浓度较低,特别是当Cw/Sw在0.0001-0.001时尤为明显,而该浓度则与自然界水体中浓度接近。对沉积物吸附PAHs影响因素的研究结果表明,环境因素中的盐度和温度对吸附的作用不显著,营养盐对吸附的影响不明显。在WSK和JS样点,随着盐度的增加,沉积物的吸附能力和等温线的非线性有增强的趋势,而在有机碳含量较低的CM,没有发现盐度对吸附的影响。随着温度的升高,WSK和JS的logKFr值均有不同程度的降低,吸附是放热的过程表明,温度升高不利于沉积物吸附菲。NH4-N浓度对吸附的影响不明显,随着NH4-N的增加,logKFr和n值均没有显著变化,表明氨氮不是影响沉积物吸附菲的主要影响因素。沉积物组成是影响沉积物吸附的主要因素。沉积物中有机碳部分是吸附菲的主要成分,用H2O2去除的有机碳组分的在实验浓度范围内的Freundlich常数表明,其n值均约为1,与有机碳吸附特征相吻合。因此计算出的WSK和LG有机碳分配值koc分别为4.07和3.87,与经验公式预测值3.98接近。通过应用Ⅲ级稳态假设模拟菲在长江口各环境介质中的归趋,得到菲的浓度以及在各介质间的迁移转化通量。通过将模拟值与实测值对比,证实该模型对长江口环境模拟具有效性,直观的表达了PAHs在长江河口环境中的环境行为。模型模拟结果显示,PAHs主要富集于植物和沉积物中;平流是PAHs输入输出该环境的主要方式;PAHs在植物中的降解速率最快,沉积物中最慢;迁移通量中大气向植物和水体的迁移最为显著。
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