高郵湖有機污染現狀與底泥吸附特性研究

吳小偉

高郵湖有機污染現狀與底泥吸附特性研究

吳小偉

隨著有機合成品在人們生產和生活中的廣泛應用，大量有機污染物如農藥、染料、醫藥等對水環境的污染日益加劇。有機污染物一般都表現出較強的疏水性，它們進入水體以后傾向于吸附在底泥介質中。被底泥吸附而固定下來的有機污染物，在適當的條件下又會釋放到環境中，成為二次污染源。湖泊底泥是眾多污染物在環境中遷移轉化的載體，是水體中多種污染物的二次污染來源。近年來許多研究工作都已證實，底泥對非離子型有機化合物的吸附主要是這些化合物在底泥有機質中的分配。由于底泥有機質結構上的差異性，即便是同一種有機物在不同來源湖泊底泥上的吸附強度也會有很大偏差，底泥有機質含量、底泥外表面性質是控制有機污染物吸附的主要因素。底泥對污染物吸附方式的不同是決定內源污染程度、污染物重新釋放的關鍵因素。

高郵湖是江蘇省第三大湖，屬大型過水性湖泊，為淮河入江水道，水域面積為760.67km2。從近十年的水質監測結果來看，高郵湖全年的水質基本保持在Ⅲ—Ⅴ類，超標項目多為總氮、總磷。然而隨著工農業污染的加劇，尤其是近年來周邊助劑廠、染化廠的出現以及有機合成農藥、殺蟲劑的廣泛使用，高郵湖正面臨著有機污染的潛在危害。

1 高郵湖水體和底泥中有機污染現狀

在高郵湖（揚州境內）湖區選取了四個監測點，分別對水樣及底泥樣品中有機物的種類進行了定性分析。圖1為水質監測點示意圖，分別為：高郵湖生態養殖區（界首取樣點），高郵湖生態恢復區（馬棚取樣點），高郵湖資源保留區（高郵湖水位站），高郵湖資源保留區（郭集取樣點）。

利用氣相色譜—質譜聯用（GC-MS）對水體和底泥中主要有機污染物進行了定性分析，定性分析通過計算機標準NIST質譜庫檢索進行，并結合標準化合物的保留時間比較和計算Lee保留指數對比進行。分析結果（見表1）由中科院南京地理與湖泊研究所提供。

高郵湖水體中基本未檢出有機污染物，而在高郵湖底泥中存在不同程度的難降解有毒有機污染物（多環芳烴類、氯苯，有機農藥）。這些化合物毒性大且難降解，可能對水環境產生一定的影響。

2 高郵湖底泥對三種常見有機污染物的吸附研究

2.1 吸附實驗設計

在上述4個水質監測點采集表層底泥樣品，自然風干、輕打拍碎，過2mm篩去除雜物，保存備用。根據高郵湖底泥中檢出的有機污染物種類，吸附質選取了多環芳烴類、氯苯類和有機農藥類。本研究中多環芳烴選取菲、氯苯類選取1，2，4，5- 四氯苯、有機農藥選取2，6-二氯苯腈。表2給出了三種吸附質的理化性質。

2.2 實驗方法

稱取適量的底泥樣品，加入背景液（0.02 mol/LNaCl和200 mg/LNaN3），浸潤一段時間后，加入吸附質的標準溶液。室溫下旋轉平衡，吸附達到平衡后，靜置離心，取上清液，分析化合物水相平衡濃度。

菲和2，6-二氯苯腈均采用高效液相色譜分析，流動相比例（甲醇：水）分別為90∶10、75∶25,紫外檢測波長分別為254nm、210nm。1，2，4，5- 四氯苯采用氣相色譜分析（電子捕獲檢測器）。有機碳含量采用燃燒稱重法分析：用0.01mol/L鹽酸酸化底泥樣品，去除無機碳，然后樣品冷凍干燥，一周后對干燥的樣品進行元素分析，獲得有機碳含量。底泥礦物組成采用X射線衍射分析，底泥表面形態采用掃描電鏡分析，底泥粒徑分布采用激光粒度分析儀分析。

2.3 吸附實驗結果與討論

高郵湖底泥平均粒徑為4.55mm、粘粒組分（粒徑<2mm）占8.1%；有機碳含量為1.02%；主要礦物組成以云母、蛭石、蒙脫石為主。

吸附等溫線采用Freundlich模型q=KFCwn擬合（其中q/（mmolkg-1）、Cw/（mmolL-1）分別代表吸附平衡時固、液相中化合物的濃度，KF/（mmol1-nLnkg-1）指的是Freundlich模型中的擬合系數，n代表線性指數）。表3給出了吸附等溫線Freundlich模型擬合后的相關參數?？偟膩碚fFreundlich等溫線能夠很好地擬合吸附數據，高郵湖底泥對三種有機污染物的吸附強弱順序為：菲＞1，2，4，5- 四氯苯＞2，6- 二氯苯腈。從n 值上可以看出1，2，4，5- 四氯苯和2，6-二氯苯腈的吸附線性程度很強，而菲呈現出非線性。

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對比菲和1，2，4，5- 四氯苯，從表2中溶解度和正辛醇—水分配系數上看菲的疏水性略小于1，2，4，5- 四氯苯，然而從KF值上看菲在高郵湖底泥上的吸附強度卻遠大于1，2，4，5- 四氯苯。這說明菲在高郵湖底泥上的吸附不僅僅是疏水分配。近年來文獻中有人提出，致密濃縮的有機質對芳香類有機物有著更強的吸附能力。高郵湖底泥表面形態質地致密濃縮，孔狀結構相對較少，可以初步推測高郵湖底泥有機質中交叉相連的芳環結構較多，芳香碳含量較高。這種特殊的結構特征決定了其對多環芳烴有著更強的吸附能力。傳統觀點認為極性化合物溶解度較大且存在極性官能團，在底泥吸附中微孔及表面吸附作用相對較強。然而在本實驗中，從n值上看2，6-二氯苯腈在高郵湖底泥上的的吸附基本完全線性，2，6-二氯苯腈主要是分配到高郵湖底泥有機質中，礦物的貢獻較小。

3 高郵湖底泥有機污染生態風險預測

由上述實驗結果可見，高郵湖底泥有機質含量高，有機質結構致密，極易吸附難降解有機污染物。由于底泥的吸附作用及疏水性有機污染物的易積累性，使得這些難降解的有機毒物在底泥中的濃度大大高于水中濃度，這些污染物在上覆水中僅以痕量水平存在，以現有的檢測方法甚至難以檢出，但底泥的吸附作用使得它們在底泥中的含量往往超過生物的健康閾值，直接或間接地對底棲生物和上覆水生物造成危害，進而影響整個湖泊的健康生態。

4 研究結論

盡管富營養化問題一直以來都是湖泊治理的重點和難點，然而湖泊的有機污染也不容忽視。高郵湖底泥特殊的有機質結構導致有機毒物對湖泊的生態危害具有隱蔽性和持久性，目前高郵湖底泥正面臨有機污染威脅，亟待采取有效控制措施。首先，要控制源頭污染，嚴禁周邊農田使用有機農藥，嚴格控制淮河上游企業有機污染物排放；其次，酌情對高郵湖底泥淤積嚴重的區域進行清淤，并將淤泥送污水處理廠處置；第三，有機污染物易隨大氣沉降，污染區域廣，所以在城市高速發展進程中應合理制定城市的工農業區劃；第四，有機污染物量小毒大，有機污染存在一定的隱蔽性和持久性，應提高公眾的有機污染危害意識

江蘇省水文水資源勘測局揚州分局 250002）