典型烷基酚类干扰物在长三角地区的水环境行为及风险评价

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烷基酚(Alkylphenols,APs)是一类典型的内分泌干扰物,能够干扰生物体内激素的合成、输送、转化和降解等过程从而影响生物体的生长、发育、繁殖等生理功能,具有毒性、生物累积性和持久性。水环境中的APs主要来源于工业废水和生活污水,然后通过食物链富集放大后进入动植物体内,给生态环境和人体健康带来了潜在的风险。本研究以典型长江三角洲地区(长江南京段和太湖)为研究对象,对比分析不同时期水环境体系中APs的污染浓度和污染特征。同时,利用水生微宇宙系统和多介质逸度模型来模拟APs在水环境中的行为,并通过预测值和实测值的吻合度检验模型的准确性。结合国内的实际情况开发一个稳态和动态的多介质暴露评估软件。最后,根据长江南京段和太湖水环境体系中APs的暴露浓度,对生态风险进行初步的评价分析,为进一步研究建立典型烷基酚类化合物生态风险评估技术体系奠定基础,主要研究内容和结果如下:  (1)分析了2014年长江南京段丰水期(8月)、平水期(4月)和枯水期(12月)的水体和悬浮颗粒物中APs的污染水平和污染特征。3个不同水期表层水中APs的检出率大小为:枯水期>平水期>丰水期;表层水中APs的浓度具有比较明显的季节性特征,其中,枯水期的污染浓度最大、污染物检出率最高;4-叔丁基苯酚(4-tert-Butylphenol,4-TBP)和壬基酚(Nonylphenol,NP)为检出率较高的两种物质;不同水期长江南京段表层水体中APs的高浓度值出现在,丰水期D、E、H和I点、平水期C、K、M和J点、枯水期G、H、J和K点,推测附近工业园区的污水排放是APs最主要的污染源;表层水中NP的含量约比辛基酚(Octylphenol,OP)的含量高一个数量级左右,且NP和OP在丰水期和平水期所有采样点的浓度均存在显著的正相关性(R=0.49,p<0.05; R=0.48,p<0.05)。丰水期和平水期悬浮颗粒物(Suspended particulate matter,SPM)中均未检出到任何目标化合物,枯水期SPM中NP、双酚A(BisphenolA,BPA)和4-己基苯酚(4-Hexylphenol,4-HP)为优势酚类污染物;通过计算APs在表层水和SPM中的质量分数发现,除了疏水性较小的4-TBP外(10.6%),其他物质在SPM中的比例范围高达51.6%-98.4%;长江南京段表层水中APs的浓度与SPM中APs的浓度呈明显的正相关性(R=0.5110,p<0.05)。  (2)以太湖及其入湖支流的表层水、悬浮颗粒物和沉积物为研究对象,分析2015-2016年之间APs的污染水平和污染特征。2016年太湖及其支流表层水体中烷基酚的平均污染浓度比2015年的污染浓度低1-2个数量级;太湖整体的污染趋势十分明显,APs污染程度表现为北太湖>南太湖>西太湖>东太湖;2015年表层水中4-TBP、BP和BPA与溶解氧(DO)之间存在中等负相关性(R>0.4,p<0.05),2016年表层水中BPA与DO之间同样存在中等负相关性(R=0.528,p<0.01);2016年太湖及其支流SPM和沉积物中烷基酚污染物的检出率和污染水平均比2015年的高,其中,NP是整个固相介质中的优势酚类污染物。  (3)构建水生微宇宙系统,模拟化学品在水环境体系中的归趋:第一组物质[4-TBP、BPA和4-丁基苯酚(4-Butylphenol,4-BP)]具有相对较低的Kow和较高的水溶解度,易分散在水相中,使得进入沉积物相的化学品量较小,超过70%的含量均集中于水相;第二组物质[OP、4-HP和4-庚基苯酚(4-Heptylphenol,HPP]的水溶性相对较低,不仅可以分散在水相中,也可以附着于SPM中而沉降到沉积物中,从而被有机碳含量较高的沉积物所吸附;第三组物质(NP、2,4-二叔戊基苯酚[2,4-Di-tert-pentylphenol,2,4-DTAP)和四溴双酚A(Tetrabromobisphenol A,TBBPA]的水溶解度最低,几乎完全不溶于水,在水环境体系中的变化比较复杂,主要储存于沉积物中。  (4)根据水环境系统的特点,应用计算机辅助技术开发了基于多介质逸度模型的化学品预测软件,实现了在稳态和动态环境下化学品的浓度预测,并对APs在水环境中的暴露水平进行模拟,验证模型的适用性和实用性:通过9种APs在5种水-沉积物微宇宙体系中的实测值与模型预测值对比发现,模型预测的吻合度高达83.3%;长江南京段水环境中模拟的NP、BPA、4-TBP和TBBPA的暴露水平与实测浓度的具有较好的一致性;太湖水环境系统中赋存的APs模拟结果与实际测量值的准确度达到60%以上,表明所建立的多介质暴露预测模型基本适用于长江南京段和太湖水环境中酚类污染物暴露水平的模拟计算。  (5)对研究区域水环境中APs的暴露水平进行初步的生态风险评价,揭示其潜在的水生生态风险,为长江三角洲地区典型环境内分泌干扰物的控制和风险评价提供科学依据。2014年长江南京段平、丰、枯3个不同水期水体中NP和4-TBP的风险熵值(risk quotient,RQ)较大,存在中度至高度风险,需立即采取相关减小风险的措施,其中枯水期的RQ值普遍较高。2015年太湖及其支流水体中的NP、4-BP和OP存在较高的生态风险,尽管2016年太湖及其支流水体中的APs对生态环境未构成严重威胁,但潜在危害仍不容忽视。
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