东平湖表层沉积物中PAHs来源分析及生态风险评价.pdf

东平湖表层沉积物中 PAHs 来源分析及生态风险评价 * 刘海珍刘道辰陈诗越 聊城大学环境与规划学院， 山东 聊城 252059 摘要 采用气相色谱 － 质谱方法对东平湖表层沉积物中 13 种多环芳烃进行了分析测定， 结果表明 东平湖 PAHs 含量 为 49. 40 ～133. 67ng/g， 湖东南站位表层沉积物中 PAHs 总量含量最高。多环芳烃的含量沿湖水流向依次降低。分析 发现东平湖表层沉积物中 PAHs 主要污染源为燃料燃烧、 油类高温裂解、 泄露。东平湖表层沉积物中的 PAHs 污染生 态风险较低， 单个点位芴的浓度稍高， 存在潜在生态风险。 关键词 东平湖; 多环芳烃; 表层沉积物; 来源; 生态风险评价 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401030 THE SOUＲCES AND ECOLOGICAL ＲISK ASSESSMENT OF PAHs IN SUＲFACE SEDIMENTS OF DONGPING LAKE Liu HaizhenLiu DaochenChen Shiyue Environment and Planning Institute of Liaocheng University，Liaocheng 252059， China Abstract 13 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons PAHsin surface sediments of the Dongping Lake were analyzed using GC- MS． Total PAHs concentration ranged from 49. 40 to 133. 67 ng/g． Total PAHs concentration in the south of the lake is much higher than that in the north． The highest levels of PAHs were detected in the southeastern of the lake． The main sources of these PAHs are incomplete combustion of fossil fuel and wood，petroleum pyrolysis and leak． Serious ecological risk didn＇t exist， but in some areas fluorene posed a potential risk， as it was slightly higher than the effects range low。 KeywordsDongping Lake;sediments;PAHs;source;ecological risk assessment． * 国家自然科学基金 41072258 ; 聊城大学青年自然基金 X10017 。 收稿日期 2013 －03 －08 0引言 迄今已发现的很多种 PAHs 具有致癌性， 并且分布 广泛。近年来， 国内外学者对多处水域表层沉积物中多 环芳烃进行了研究 ［ 1- 3 ］， 并取得了一定的成果。东平湖 是山东省第二大淡水湖泊， 总面积为627 km2， 作为南水 北调东线工程的最后一级调储湖和山东省重要的湿地 资源 ［ 4 ］， 肩负着经济发展和生态资源供给双层服务效 能。随着调水工程的开展， 必将给东平湖水质保护带来 巨大压力。有些学者对东平湖的生态系统保护开展了 一些研究工作 ［ 5- 7 ］， 但关于东平湖表层沉积物中 PAHs 的 相关研究却未曾见报道。本研究采用固相萃取结合GC- MS 联用技术， 对东平湖表层沉积物中的多环芳烃物质 进行了分析测定， 并对污染物的分布特征、 来源及生态 风险进行了初步研究。 1实验部分 1. 1样品的采集 在东平湖设置的 8 个取样点地理位置见表 1， 站 位分布见图 1， 利用抓斗采集样品， 采集厚度为 0 ～ 5 cm， 混匀后的沉积物样品置于室温下自然风干、 压碎 研磨、 过筛， 然后混匀冷冻保存。 1. 2样品分析 1. 2. 1主要仪器和试剂 1 试剂 苯并［ k］荧蒽、 蒽、 苊、 芴、 苯并［ a］芘、 菲、 苯并［ a］ 蒽、 苯并［ b］ 蒽、 芘、 茚并［ 1，2，3- cd］ 二 苯并［ a，h］ 蒽、 苯并苝等标准物质 Sigma Chemical 均为分析纯; 内标化合物为菲- D10; 二氯甲烷 色 谱纯 。 2 硅胶/氧化铝层析柱的制备 以 1 cm 无水 Na2SO4作底， 依次装上 5 cm 活化氧化铝， 10 cm 活化 后的硅胶， 最上层再加入 1 cm 无水 Na2SO4。 621 环境工程 Environmental Engineering 表 1取样点地理位置 Table 1Geographic position of the sampling sites 编号12345678 地点湖东湖心湖东南湖南湖西南湖北腊山码头与湖心岛间中点处腊山码头附近 图 1采样点地理位置示意 Fig. 1Sample geologicallocation scheme 1. 2. 2样品预处理 恒重称取 20. 0 g 样品， 称好的样品中加入 3 g 无 水 Na2SO4， 混匀后再加适量活性铜粉洗脱硫。然后 在150 mL 二氯甲烷溶液中索氏提取36 h。提取液浓 缩到 15 mL 左右后采用无水 Na2SO4过滤， 进一步浓 缩到 4 mL， 在氧化铝/硅胶柱中使用 V 正已烷 ∶ V 二氯甲烷1∶ 2的混合液 60 mL 提取出 PAHs， 样 品溶液进一步浓缩至 2 mL， 密闭保存于冰柜中以备 色谱分析。 1. 2. 3多环芳烃的 GC- MS 分析 采用 Agilent6890Nr 气相色谱与 5973N 质谱 仪联 用。色 谱 柱 DB- 5MS 石 英 毛 细 管 色 谱 柱 30 m 0. 25 μm 0. 32 μm ; 测定多环芳烃程序 升温初始温度 60 ℃ ， 保持 2 min， 以 4 ℃ /min 升 至 280 ℃ ， 保持 10 min; 进样方式 无分流进样， 进 样量为 1 μL; 质谱条件 EI 离子源倍增 器 电 压 1200 V， 离子源温度 220 ℃ ; 各组分的峰高和峰面 积是从总离子流色谱图中得出， 利用 PAHs 标准样 品数据资料及各色谱峰保留时间对实际样品中的 PAHs 进行定性， 并采用 GC- MS 进行鉴证。运用六 点校正曲线法和内标法对 PAHs 进行了定量 换算 成每克干沉积物中 PAHs 的含量 ， 多环芳烃回收 率在 95 以上。 2结果与讨论 2. 1东平湖沉积物中 PAHs 的含量 本研究分析确证了东平湖表层沉积物中的 13 种 PAHs 的含量与分布， 含量最高值出现在湖东南站位 点。分析结果 表 2 表明 高环数 PAHs 的浓度较 低， 低环数浓度高， 即 2 ～3 环 PAHs 含量高， 4 ～6 环 PAHs 含量很低， 而且有些 PAHs 未被检测到，总分 布趋势为入湖河口 PAHs 浓度高， 湖内各点位相对较 低， 所有样品中 PAHs 被检出的总含量为 56. 28 ～ 133. 67 ng/L。湖内各点位 PAHs 总量大小顺序为 湖 北 ＜ 湖东 ＜ 腊山码头与湖心岛中间处 ＜ 湖心 ＜ 腊山 码头附近 ＜ 湖西南 ＜ 湖南 ＜ 湖东南， 其浓度从湖南入 湖口到湖北点位依次降低， 由文献［ 8- 9］ 可看出， 流经 工业发达地区和排污口等其他污染源的入湖河流， 会 把大量 PAHs 化合物带入湖泊， 导致入湖口沉积物中 PAHs 的浓度较高。在东平湖南端， 有流经工业相对 发达地区的大清河汇入， 加之南端水域较浅， 养殖户 分布密集， 都势必带来一定量的 PAHs 化合物， 造成 了东平湖湖南各点位 PAHs 含量较高， 但随着水流由 南向北逐渐得到了稀释， 湖区旅游业、 养殖捕捞活动 等也会释放 PAHs 到湖水中。与国内其他地区比较， 东平湖表层沉积物 PAHs 的污染很轻， 以低环数 PAHs 为主， 但随着上游大清河流经区域的工业发展 和湖区捕捞作业等影响， 如不进行有效控制， 东平湖 PAHs 污染的生态风险会加剧。 2. 2PAHs 的污染来源 PAHs 来源用分子标志物指数 ρ 菲 /ρ 蒽 ρ P /ρ A ， ρ 荧蒽 /ρ 芘 ρ FL /ρ PY 或 PAHs 环数相对丰度来判断 ［10 ］。ρ FL /ρ PY 可用 于化石燃料燃烧类型判识指标 比值为 1. 4 代表煤型 燃烧产物来源; 比值为 1 代表木材燃烧来源; 而比值 小于 1 则代表来源于石油的 PAHs 输入。受油类污 染的沉积物中 ρ FL /ρ PY 为 0. 8 ～ 0. 9， ρ P / ρ A 为 4. 4 ～7. 9。由表 3 可以看出 1 号站位比值 ρ FL /ρ PY 小于1， 证明这是石油导致的污染; 湖4 号、 5 号、 6 号、 7 号站位 ρ FL /ρ PY 比值都在 1. 4 以上， 这几个站位都受到煤炭燃烧产生的污染; 东平 湖表层沉积物中， 在 3 号、 4 号、 8 号站位 ρ P /ρ A 介于 4. 1 ～7. 8， 说明 PAHs 主要为油类产生的污染， 应为大清河输入及湖内船只使用柴油所致。随着东 平湖风景名胜区旅游业的发展， 使排入东平湖的 PAHs 721 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment 表 2东平湖表层沉积物中 PAHs 含量 Table 2Concentrations of PAHs in surfacese diments from dongping Lakeng/g PAHs1 号2 号3 号4 号5 号6 号7 号8 号 萘9. 348. 24 16. 15 14. 28 18. 52 15. 23 15. 34 21. 35 二氢苊n． d0. 98n． d1. 350. 87n． d0. 160. 35 苊0. 530. 291. 141. 270. 450. 310. 190. 25 芴17. 18 21. 29 35. 31 30. 32 27. 26 11. 24 10. 06 15. 98 蒽5. 341. 836. 225. 367. 291. 892. 411. 82 菲20. 55 17. 47 28. 52 24. 49 22. 125. 484. 14 10. 34 荧蒽1. 283. 417. 244. 255. 671. 271. 561. 14 芘4. 763. 266. 362. 873. 490. 850. 971. 06 苯并蒽－－18. 47 19. 01 17. 31 10. 27 14. 28 13. 65 屈1. 211. 599. 276. 562. 311. 472. 172. 01 苯并［b］荧蒽1. 321. 692. 613. 123. 131. 392. 271. 35 苯并［k］荧蒽0. 851. 291. 361. 582. 15－2. 491. 02 苯并芘1. 140. 971. 021. 211. 59－0. 240. 11 ∑PAHs 63. 50 60. 62 133. 67115. 67112. 16 49. 40 56. 28 70. 43 2 ～3 环PAHs 含量/ 92. 88 93. 65 75. 51 72. 78 76. 38 73. 42 61. 89 74. 24 4 ～6 环PAHs 含量/7. 226. 35 24. 49 27. 22 23. 62 26. 58 38. 11 25. 76 明显增加。通常高分子量的四环以上的 PAHs 主要 是来自化石燃料高温燃烧， 而低分子量 2 环、 3 环 则来源于石油类污染［11 ］。 表 3东平湖表层沉积物多环芳烃分子标志物参数 Table 3Molecular marker in dices of PAHs in surfaces ediments of Dongping Lake PAHs 来源分子 标志物指数 1 号 2 号 3 号 4 号 5 号 6 号 7 号8 号 ρ FL /ρ PY0. 271. 051. 141. 48 1. 621. 491. 611. 08 ρ P /ρ A3. 859. 554. 59 4. 563. 032. 901. 725. 68 表 2 显示了沉积物中 2 ～ 3 环及 4 环以上的 PAHs 化合物的分布。可以看出 东平湖沉积物中 PAHs 主要以 2 ～3 环为主， 而 4 环以上的 PAHs 所占 比例各站点都少于 2/5， 最小值达到 6. 35， 说明东 平湖沉积物中 PAHs 的各种来源相对复杂， 入湖河流 输入、 船只油类污染和化石燃料高温燃烧都是 PAHs 污染的来源。东平湖的旅游船只、 挖沙生产过程、 渔 业发展对湖泊的污染也非常严重; 湖区居民燃煤烧煮 也可能是 4 环 PAHs 的主要来源之一。 2. 3东平湖表层沉积物中 PAHs 的分布特征及生态 风险评价 2. 3. 1PAHs 的分布特征 东平湖 PAHs 总量在沉积物中分布总趋势是南部 高于北部， 各水域站位点 PAHs 含量分布不均匀。原 因可能是 1 大部分湖区污染源集中在东平湖南部， 如 大安山乡发展的高密度养殖业; 2 大清河作为主要入 湖河流是在南端流入东平湖， 携带 PAHs 化合物进湖 后会有扩散降解沉积的动态过程， 期间会受到泥沙淤 积等阻滞作用。当然， 造成各湖区的含量不均匀的因 素还很多， 如水量不稳定、 采砂、 灌溉引水等等。 2. 3. 2东平湖表层沉积物中 PAHs 的生态风险评价 因为污染物的种类较多， 生物效应多样化， 沉积 物污染风险评估尚未建立统一的标准。1995 年 Long 等 ［12 ］提出用风险评估值来指示沉积物的风险程度， 确定了沉积物中污染物的风险评价效应区间低值 effects range low， EＲL， 生物有害效应概率 ＜10 和 效应区间中值 effects range median， EＲM， 生物有害 效应概率 ＞50 ， 见表 4。 表4东平湖表层沉积物中 PAHs 生态风险评价标准值［ 12 ］ Table 4Ecological risk assessment values of PAHs in the surface sediments of Dongping Lakeng/g 萘芴菲荧蒽芘苯并［a］蒽屈ΣPAHs EＲL160192406006652613842329 EＲM21005401500510026001600280016240 w PAHs 指 PAHs 总量＜ EＲL 时， 对生物不 会造成毒副作用; 如果 w PAHs＞ EＲM 时， 会对生 物产生毒副作用， 出现负面生态效应; 若 EＲL ＜ w PAHs＜ EＲM， 会不确定性地出现负面生态效应。 本研究采用上述评价基准来评估东平湖表层沉积物 中 PAHs 可能产生的生态效应。由表 2 可知 东平湖 表层沉积物中 w PAHs 远远低于生态风险中值 EＲM， 生态风险效应很低， 因此主要考虑东平湖表层 沉积物中 w PAHs是否超过生态风险评价标准低 值。刘征涛 ［13 ］等根据目标污染物的毒性、 理化特性、 污染物环境质量基准值， 给出超标系数的经验性风险 分级标准 K ＜0. 1， 潜在风险几率极低;0． 1≤K ＜ 3， 潜在风险几率较低; 3≤K ＜ 7， 潜在风险几率中等; 7 ≤K≤10， 潜在风险几率较高。本研究采用超标系 数 ［13 ］评价东平湖表层沉积物中 PAHs 的生态风险， 计算公式见式 1 K DC/EＲL 1 式中 K 为超标系数; DC Detected Concentration， DC 为太湖表层沉积物中测定的 w PAHs ， ng/g。 由超标系数公式和表 2、 表 3 可得出结论 东平 湖各点位表层沉积物中 w PAHs 远远低于 EＲM， 东 平湖表层沉积物中不存在严重的生态风险。但 2 号、 3 号、 4 号、 5 号 w 芴 超过了低值， 超标倍数 K 分别 为 1. 12、 1. 86、 1. 60、 1. 43， 但是都在［ 0． 1， 3. 0 内， 说 821 环境工程 Environmental Engineering 明 PAHs 污染潜在风险率低。另外， 应注意的是苯并 ［ b］ 荧蒽、 苯并［ k］ 荧蒽这两种 PAHs 只要存在， 就会 对生物具有毒副作用， 在本次东平湖表层沉积物的研 究中苯并［ b］ 荧蒽在各站位均有不同程度的检出， 苯 并［ k］ 荧蒽只在 6 号站位未检出， 表明了沉积物中高 分子量 PAHs 对东平湖水域具有潜在的生态影响效 应， 应引起环保部门的注意。综合来看东平湖表层沉 积物中 PAHs 含量较低， 属轻度污染水平， 但随着湖 区工农业生产的发展， 大清河污染加剧， 都可能极大 地增加东平湖的污染负荷， 从而加大 PAHs 对东平湖 水域污染的生态风险。本研究只是在总量上对污染 物进行了初步风险评价， 以后会进一步对污染物 PAHs 的毒性机理及其在东平湖水域的迁移转化规律 进行更深入的研究。 3结论 各个研究点位 PAHs 的含量分布不均匀， 表层沉 积物中 PAHs 总量分布总趋势是南部高于北部， 以湖 东南站点含量最高。 东平湖表层沉积物中 PAHs 由湖区生产活动和 大清河输入产生， PAHs 具体污染来源为煤炭燃烧、 石 油类高温裂解及油类污染。 根据本研究测定结果， 东平湖表层沉积物总 PAHs 含量为 49. 40 ～133. 67 ng/g， 属轻度污染水平。 各点位表层沉积物中 PAHs 远低于生态风险评价中 值 EＲM， 不存在严重的生态风险。东平湖局部区域 芴含量稍高， 存在一定潜在风险。本研究中苯并［ b］ 荧蒽在各站位均有不同程度的检出， 苯并［ k］ 荧蒽只 在 6 号站位未检出， 表明了沉积物中高分子量 PAHs 对东平湖水域具有潜在的生态影响效应。 参考文献 ［1］李庆召， 李国新， 罗专溪， 等． 厦门湾海域表层沉积物重金属和 多环芳烃污染特征及生态风险评价［J］． 环境化学， 2009， 28 6 869- 875． ［2］姜福欣， 刘征涛， 冯流， 等． 黄河河口区域有机污染物的特征分 析［J］． 环境科学研究， 2006， 19 2 6- 10． ［3］胡国成， 郭建阳， 罗孝俊． 白洋淀表层沉积物中多环芳烃的含 量、 分布、 来源及生态风险评价［J］． 环境科学研究， 2009， 22 3 321- 325． ［4］陈永金， 林丽， 刘加珍， 等． 东平湖水体环境容量分析［J］． 人民 黄河， 2012 1 61- 62． ［5］孟春红， 赵冰． 东湖沉积物中氮磷形态分布的研究［J］． 环境科 学， 2008， 29 7 1831- 1837． ［6］姜东生， 刘存功， 刘桂珍， 等． 东平湖及周围水环境分析［J］． 海 洋湖沼通报， 2002 4 12- 15． ［7］冯素萍， 温超， 沈永． 东平湖不同粒径底泥沉积物中汞的形态分 布［J］． 环境监测管理与技术， 2008， 20 6 22- 25． ［8］许静， 任明忠， 杜国勇， 等． 北江表层沉积物中多环芳烃的分布 与风险评价［J］． 环境科学， 2009， 30 11 3269- 3275． ［9］罗孝俊， 陈社军， 麦碧娴， 等． 珠江三角洲地区水体表层沉积物 中多环芳烃的来源、 迁移及生态风险评价［J］． 生态毒理学报， 2006， 1 1 17- 24． ［ 10］林秀梅， 刘文新， 陈江麟， 等． 渤海表层沉积物中多环芳烃的分 布与生态风险评价［J］． 环境科学学报， 2005， 25 1 70- 75． ［ 11］Colombo J C，Pelletler E，Brouchu C，et al． Determination of hydrocarbon sources using N Alkane and PAHs distri- bution inds． Case studyＲio de la Plata Estuary，Argentina［J］． Environ Sci Tech， 1989， 28 23 888- 894． ［ 12］Long E Ｒ， Macdonald D D， Smith S L， et al． Incidence of adverse biological effects with ranges of chemical concentrations in marine and estuarine sediments［J］． Environment Management， 1995， 19 1 81- 97． ［ 13］刘征涛， 王一喆， 庞智勇， 等． 近期长江口沉积物中 SVOCs 的变 化及生态风险评价［J］． 环境科学研究， 2009， 22 7 768- 772． 第一作者 刘海珍 1980 － ， 女， 硕士， 讲师。luckylhz163． com 通讯作者 刘道辰 1968 － ， 男， 副教授， 主要研究环境监测与技术。 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 421166010 qq． com 书讯 由张殿印、 王海涛主编的袋式除尘器管理指南 － 安装、 运行与维护 ， 由机械工业出版社于 2013 年 11 月出版， 全国新华书店和机工官网发行。该书是专门介绍袋式除尘器安装、 运行与维护的管理技术书籍， 75 万字， 分为八章， 分别介绍袋式除尘器的分类、 性能、 选择， 袋式除尘器安装准备， 安装流程， 安装方法与验收， 袋 式除尘器调整试验， 运行操作， 维护保养、 故障排除和袋式除尘器系统运行管理。本书内容全面， 资料翔实， 联 系实际， 注重应用， 具有较强的技术指导性和可操作性。 本书可供设计科研、 工程建设单位和生产企业的环保工程师、 生产操作人员与管理工作者阅读， 特别适合 建设和生产企业的环保人员使用。 机械工业出版社读者联系电话 010 88379203、 88379764。 921 监测与评价 Environmental Monitoring ＆ Assessment