太湖北部湖湾沉积物毒害污染物分布特征及风险评价——以重金属和多环芳烃为例

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改革开放以来,随着太湖流域工农业快速发展和人口数量的增加,流域内用水量及工业废水排放量逐年增大,同时流域水土流失,农药及化肥进入湖区,致使太湖水质污染严重,尤其是处于太湖西北部地区的竺山湾、梅梁湾和贡湖湾。污染物的排入使得沉积物的淤积和污染更加严重,当水动力条件改变(浪、湖流、航运及生物扰动)时,沉积物中的污染物再次向上覆水体释放,对水质产生“二次污染”。因此,在外源污染得到有效控制后,研究太湖流域内的内源污染显得更加重要。本文针对太湖北部湖湾的水质及水域功能(饮用水水源地)特点,以湖心区为对照,选取竺山湾、梅梁湾、贡湖湾和湖心区为研究区域,并拟定沉积物中重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和16种多环芳烃为主要研究对象,分析太湖沉积物中持久性有毒污染物的污染特征,评价其生态风险,并通过持久性有毒污染物的垂直分布、沉积通量分布规律,来源解析、探明其历史排污情况;进一步分析沉积物-水界面处各重金属元素扩散通量,估算太湖沉积物中重金属的内源释放。主要得出以下结论:  (1)太湖北部湖湾及湖心区部分重金属存在一定程度的富集,存在轻微的生态风险。重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn的平均含量分别为0.34、89.33、36.53、49.29、15.20和87.86 mg?kg-1,分别超出太湖沉积物背景值的1.3、1.1、1.9、1.5、0.9和1.5倍。从空间分布来看,表层沉积物中重金属平均含量由大到小排序为:竺山湾>梅梁湾>贡湖湾>湖心区。1980年以前,沉积物中各重金属的含量和沉积通量随时间的变化较小,而在1980年以后均呈现出先增加后减少的趋势,分别在2004年和2000年达到最大值。富集系数表明元素Ni、Cu存在不同程度的富集,而Cd、Cr、Pb和Zn均未发生富集,结合主成分分析推测Cd、Cr、Cu、Ni和Zn这5种元素可能来源于工业废水和生活污水的排放,Pb来源于交通污染源。6种重金属元素的生态危害程度由大到小排序为:Cd> Ni>Cu>Pb>Cr>Zn,均无生态风险。重金属综合生态危害指数(RI)值显示,太湖整体上处于低生态风险,其中竺山湾(ZS1)达到中等生态风险。1980年以前,生态风险随时间变化较小,而自1980年以后呈现出逐渐增加的趋势,2000年达到最大值,之后又逐渐递减,尤其以Cd贡献最大,达到较强生态风险。  (2)太湖北部湖湾(竺山湾、梅梁湾、贡湖湾)及湖心区的沉积物-水界面,重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn均呈现出由沉积物孔隙水向上覆水释放的特征,存在潜在释放风险。太湖北部湖湾及湖心区沉积物-水界面以上(0~20cm)的上覆水中重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn平均含量分别为5.11、3.19、13.86、14.25、12.12和62.66 ug?L-1,符合《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》Ⅲ类水质标准。重金属元素在各湖湾随深度的变化,其孔隙水中浓度有一定的波动趋势。太湖沉积物-水界面扩散通量表明,重金属Cd、Ni和Zn在竺山湾存在由上覆水向沉积物孔隙水释放的特征,表现为“汇”的作用,且Zn的扩散通量最高,达到11.65 ug?m-2?d-1;重金属As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn在梅梁湾、贡湖湾和湖心区均均存在明显的内源释放特征,存在一定的生态风险。表层沉积物间隙水IWCTU值显示,Cd、Cu和Pb可能会对生物产生毒性;NI指数的平均值为3.06,说明太湖表层沉积物孔隙水中重金属存在较强的污染。  (3)太湖北部湖湾及湖心区沉积物中多环芳烃处于轻度污染水平,处于低生态风险。表层沉积物中16种多环芳烃总量范围为356.11~880.61 ng·g-1,平均值为548.67 ng·g-1,处于轻度污染水平,其中以中环和高环为主,苯并[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、菲、荧蒽和芘这5种组分含量占∑PAHs的68%。从空间分布来看,表层沉积物中多环芳烃平均含量由大到小排序为:竺山湾>贡湖湾>梅梁湾>湖心区。1980年以前,沉积物中多环芳烃的含量和沉积通量随时间的变化较小,而1980年以后呈现先增加后减少的趋势,在2000年达到峰值。太湖表层沉积物中多环芳烃的污染来源主要是木材、煤的燃烧源、汽油、柴油的燃烧源以及焦炭源。太湖表层沉积物中多环芳烃处于低生态风险,多环芳烃的TEQBaP平均值为52.82 ng·g-1,具有一定的潜在毒性。
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