黄淮水系河南段表层沉积物中多环芳烃的赋存特征及来源解析

论文摘要

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一类含有两个或两个以上苯环的有机污染物,在大气、水体、土壤、生物体等环境介质中广泛存在。这类化合物难降解,在环境中长期滞留并可通过大气沉降、地表径流等途径汇入环境水体,进入水体后,由于PAHs疏水性强,能够强烈地吸附在沉积物上,使得水体沉积物成了PAHs的蓄积库。有关PAHs在沉积物中分布特征的研究很多,研究一致认为有机成分对PAHs分布有重要作用。但是关于不同粒径中PAHs分布的研究较少,且研究发现不同来源的沉积物中PAHs分布特征可比性较差。因此有必要对不同区域沉积物PAHs的分布特征进行研究,以支持区域污染治理及风险评估。本论文以黄河河南段、淮河河南段和新乡地表水沉积物为研究对象,在实验室前期研究的基础上,选取有代表性的点位进行粒度分级（>220μm、220125μm、12565μm、6525μm、<25μm ）和理化性质分析,并系统的研究了沉积物中PAHs的分布特征、来源和生态风险。研究结果如下:（1）检测方法的优化:用正己烷-丙酮（1∶1,体积比）混合液作溶剂,超声萃取提取沉积物中的16种多环芳烃组分。萃取液经硅胶小柱层析净化,旋转蒸发仪浓缩,最后用高效液相色谱-荧光串联紫外检测器分析,并进行加标回收测定。16种多环芳烃的检测限为0. 34～1. 52 ng g-1,经精密度试验,相对标准偏差均< 15%,回收率在57. 09%～103.41%之间。（2）黄河河南段:本实验选取黄河河南段的两个点位:洛阳石化总厂排污口、黄河Ⅱ,测定其PAHs、总有机碳和炭黑的含量并进行相关分析。不同粒径中PAHs含量范围分别为:83.28 245.0 ng/g、223.7 500.68 ng/g。各个粒径间含量差别较大。小粒径（<65μm）组分中PAHs含量较高而PAHs最低含量出现在220125μm粒度。两个点位中TOC含量都与PAHs含量呈明显的正相关,但是仅洛阳石化总厂排污口样品中的BC含量与PAHs分布明显相关。小粒径成分中的有机质（焦炭、煤屑等）比大粒径中有机质（植物碎屑、残体等）对多环芳烃赋存的作用强。（3）淮河河南段:两个点位各粒径PAHs的量分别为317.64 ng/g 2781.41 ng/g、40.12186.12 ng/g。潢川水文站PAHs最高值出现在>220μm粒度,而三尖河口出现在<25μm粒度。两个点位的富集最低值都出现在12565μm粒度。潢川水文站沉积物（富含有机质）中4环等高环化合物含量较高,三尖河口（有机质含量低）中23环化合物相对较多,说明有机吸附剂对高环化合物的富集有较大影响。两个点位各粒径中TOC、BC含量与PAHs间并无明显的相关性,说明在淮河样品中TOC、BC不是影响PAHs分布的决定因素。（4）新乡地表水:选取新乡地表水重要地段（卫河马坊村、东孟姜女河入卫河口）两个采样点来并分析多环芳烃的赋存特征。两个点位PAHs质量范围分别为:1074.292780.89ng/g、295.912288.04 ng/g,都属于高污染区。卫河马坊村样品以4环等高环化合物为主,后者以23环的低环化合物为主,这与淮河样品的结论一致,说明富含有机质的沉积物更容易大量吸附高环化合物。两个沉积物的PAHs富集最高值都出现在220125μm粒度,但是在粒度<65μm的两个组份中,随着粒度变小,沉积物的富集能力变弱。马坊样品中TOC、BC与PAHs间并无明显的相关性,但是有机质相对较少的东孟样品中TOC、BC与PAHs含量呈正相关（相关性系数分别为0.6357、0.8681）,说明有机质对PAHs的影响强于TOC及BC。（5）黄河河南段表层沉积物中PAHs主要来源于煤炭的燃烧、交通排放,因子贡献率为80%左右,其中煤炭燃烧所占的比重更大,只有少部分来自石油类泄漏、挥发输入。淮河河南段沉积物PAHs的来源多数属于综合性质的,以燃烧性来源为主,其PCA分析的因子载荷为58.3%。对PAHs污染进行空间地域聚类,发现PAHs分布没有明显的地域差异。对新乡地表水沉积物PAHs的来源分析表明多数点位的PAHs污染属于综合性质的,以燃烧源（石油、煤炭及木材燃烧、汽车排放）为主。各个点位所受的污染输入类型较为相似,这也符合新乡市地表水沿岸的城市布局和工业分布。（6）根据风险评价结果,黄河河南段、淮河河南段表层沉积物中PAHs存在的生态风险较小或者不存在生态风险,但是可能未来会存在生态风险。新乡地表水沉积物中PAHs含量较高,存在较大的生态风险,应该引起重视。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 多环芳烃的背景知识
• 1.2 多环芳烃的研究进展
• 1.2.1 水中PAHs 分布的研究
• 1.2.2 沉积物中PAHs 分布的研究
• 1.2.3 沉积物中PAHs 的来源解析
• 1.2.4 PAHs 的生态风险评价研究
• 1.2.5 PAHs 检测分析方法
• 1.3 黄淮水系多环芳烃的研究现状
• 1.3.1 黄河、淮河概述
• 1.3.2 黄淮水系PAHs 研究进展
• 1.4 本研究的目的和意义
• 第二章 实验内容和研究方法
• 2.1 研究区域背景
• 2.2 样品的采集和预处理
• 2.3 实验材料和方法
• 2.3.1 仪器和试剂
• 2.3.2 样品处理及分析
• （1） 沉积物的粒度分级
• （2） 总有机碳（TOC）、碳黑（BC）和沉积物酸度（PH）测定
• 2.4 PAHs 的测定及方法优化
• 2.4.1 样品预处理
• 2.4.2 仪器条件
• 2.4.3 标准溶液配制
• 2.4.4 定性定量
• 2.5 数据的质量保证和质量控制（QA/QC）
• 2.6 本研究测定方法的结果与讨论
• 2.6.1 色谱图
• 2.6.2 标准曲线和检出限
• 2.6.3 精密度和准确度
• 2.6.4 实际样品分析
• 2.6.5 结论
• 第三章 黄河河南段表层沉积物中PAHs 赋存特征及来源分析
• 3.1 沉积物性质及组成特征
• 3.2 不同粒度沉积物中多环芳烃含量及分布特征
• 3.3 不同粒径沉积物中赋存PAHs 比例的研究
• 3.4 沉积物TOC、BC 含量对PAHs 富集的影响
• 3.5 多环芳烃的来源分析
• 3.5.1 特征比值分析
• 3.5.2 聚类分析结果
• 3.5.3 主成分分析
• 3.6 PAHs 生态风险分析
• 3.7 小结
• 第四章 淮河河南段表层沉积物中多环芳烃的赋存特征及来源分析
• 4.1 沉积物性质及组成特征
• 4.2 不同粒径中PAHs 的含量及分布特征
• 4.3 不同粒径沉积物中PAHs 赋存比例的研究
• 4.4 不同粒径沉积物中TOC、BC 含量对PAHs 分布的影响
• 4.5 多环芳烃的来源分析
• 4.5.1 特征比值分析
• 4.5.2 主成分分析（PCA）结果
• 4.5.3 聚类分析（HCA）结果
• 4.6 PAHs 生态风险分析
• 4.7 小结
• 第五章 新乡地表水表层沉积物PAHs 赋存特征及来源分析
• 5.1 沉积物性质及组成特征
• 5.2 不同粒径中PAHs 的含量及分布特征
• 5.3 沉积物不同粒径组分中赋存PAHs 比例的研究
• 5.4 不同粒径沉积物中TOC、BC 对PAHs 分布的影响
• 5.5 PAHs 的来源解析
• 5.6 PAHs 的生态风险分析
• 5.7 小结
• 第六章 主要结论及创新点
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文创新点
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间已（待）发表的学术论文目录