太湖流域水源地多氯聯苯分布特征與污染水平

于英鵬，劉敏

1. 鹽城師范學院城市與規劃學院，鹽城 224051 2. 華東師范大學地理科學學院，上海 200241

多氯聯苯(polychlorinated biphenyls，PCBs)是一類典型的持久性有機污染物，具有“三致”效應和生物富集性，進入環境后在多介質中進行遷移傳輸，對人類及生態環境造成了極大危害，已成為學者聚焦的熱點環境問題[1-4]。已有研究發現，PCBs濃度水平與人體高血壓、糖尿病的發病率具有很好的正相關性[5]。此外，PCBs能夠破壞細胞新陳代謝、造成蛋白質損傷[3]。太湖流域是我國重要的糧食生產基地和經濟最發達的地區之一，面臨著嚴峻的水資源問題。國家和地方政府部門對太湖流域水體安全問題極為關注，實施了一系列水體污染控制和專項治理活動[6]。學者針對太湖流域水環境問題開展了大量研究，但多關注水體中氮、磷營養鹽和重金屬等傳統污染物的研究[7-10]，對持久性有機污染物PCBs的相關研究較少。馬召輝等[11]研究發現，太湖北岸PCBs的污染水平高于南岸、岸邊高于湖心，PCBs的濃度在7.1～354.6 pg·g-1(干重)之間。陳燕燕等[12]研究發現，太湖表層沉積物中PCBs的濃度在1.35～13.8 ng·g-1之間，判源結果表明，沉積物中PCBs具有明顯的混合源特征。邊學森等[13]對太湖背角無齒蚌的研究發現，蚌類體內均有不同PCBs同系物檢出，濃度在0.68～58.09 ng·g-1之間，PCBs殘留量未超過國家食品安全限值。已有關于太湖流域PCBs的研究多關注單一環境介質中PCBs的富集水平，缺少對水體的綜合分析與評價，特別是主要水源地PCBs的污染情況。基于此，本研究選取15個重點水源地，分別對水相、懸浮顆粒物和沉積物中PCBs分布特征及污染水平進行了分析，以期為太湖流域水資源管理與水污染應急響應提供理論基礎和數據支撐。

1　材料與方法(Materials and methods)

1.1　樣品采集

于2012年3月和6月，選取15個太湖流域主要水源地取水口，分別為Y1～Y15采樣點(圖1)。在每個采樣點取水口附近采集20 L表層水裝于棕色的廣口瓶中運回實驗室，立即利用裝有玻璃纖維濾膜(Whatman GF/F，孔徑0.7 μm)的真空泵過濾裝置進行水樣過濾，收集懸浮顆粒物并分離出水相(20 L濾出液平分成2份，做平行分析)。隨后，將玻璃纖維濾膜放入冷凍風干機以-40 ℃風干24 h后待分析。利用可開合管式采樣器在Y2、Y3、Y7和Y8采集表層沉積物(0～5 cm)，樣品采集后立即運回實驗室冷凍風干過200目篩待分析。

圖1　采樣點分布圖Fig. 1　Distribution map of sampling sites

1.2　樣品預處理及儀器分析

水相：10 L濾出液用固相萃取柱(HC-C18 SPE，填料質量為500 mg，柱體積6 mL。依次用二氯甲烷、甲醇、超純水各5 mL進行活化)萃取，調節流速為5 mL·min-1，萃取后用15 mL二氯甲烷和正己烷溶液(體積比為1:1)洗脫SPE小柱，洗脫液經無水硫酸鈉脫水后旋轉蒸發濃縮至1 mL轉移至樣品瓶中待測。懸浮顆粒物和沉積物：參考美國EPA方法(3545A)，分別將每個樣點水樣抽提后的玻璃纖維濾膜(5 g沉積物樣品)、1 g銅粉和4～5 g石英砂混勻裝入加速溶劑萃取儀(ASE, Dionex ASE300)的萃取池中，空余體積用石英砂填滿，選擇正己烷和丙酮混合溶劑(體積比為1:1)進行萃取，提取液經旋轉蒸發儀濃縮至2～3 mL，過氧化鋁硅膠復合層析柱(從上到下依次為無水硫酸鈉、氧化鋁和硅膠)，后經70 mL正己烷與二氯甲烷的混合溶劑(體積比為1:1)淋洗，淋洗液經氮吹濃縮定容至1 mL進行儀器分析。儀器分析前加入內標物，內標為13C-PCB141和PCB209。詳細儀器分析過程見參考文獻[14]。

1.3　質量控制與質量保證(QC/QA)

整個實驗分析過程按方法空白、空白加標、樣品平行樣進行質量控制和質量保證。方法空白未檢出目標污染物，平行樣相對標準偏差(RSD)<10%，空白加標回收率為91.6%～100.2%。回收率指示物13C-PCB141和PCB-209回收率分為(95.2%～110.8%)和(92.3%～109.1%)。水相中PCBs的方法檢測限為0.01～0.12 ng·L-1，懸浮顆粒物和沉積物中PCBs方法檢測限為0.01～0.08 ng·g-1。

2　結果與討論(Results and discussion)

2.1　水源地PCBs濃度特征

太湖流域主要水源地水相中PCBs質量濃度見圖2，3月所有采樣點均未檢測出PCBs類物質。6月PCBs濃度在ND～1.04 ng·L-1之間，平均值為0.57 ng·L-1。從空間分布看，Y1和Y14采樣點PCBs的濃度最高(1.04 ng·L-1)，Y14采樣點位于長江下游，可能是上游沿岸地區排放的工業廢水或垃圾堆放場泄漏導致其具有較高濃度；而Y1采樣點地處上海市閔行區，附近主要為工業區和裝卸碼頭，因此可能使用含有PCBs類物質的工業品頻繁且密集，大量的變壓器和電容器的冷卻劑、絕緣材料、耐腐蝕的涂料中均含有PCBs。其次為Y5(0.79 ng·L-1)和Y2(0.78 ng·L-1)采樣點，Y13采樣點PCBs濃度最低(0.22 ng·L-1)，Y6采樣點未檢出PCBs物質。

在水環境中，懸浮顆粒物是PCBs主要吸附載體。沉積物的再懸浮作用也會引起PCBs向上覆水體釋放從而加重水體的PCBs污染。3月所有采樣點懸浮顆粒物中PCBs濃度均低于檢出線。6月懸浮顆粒物中PCBs濃度在0.96～2.72 ng·g-1之間(圖2)。從空間分布來看Y10采樣點PCBs濃度最高(2.72 ng·g-1)，其次是Y1(2.45 ng·g-1)、Y8(1.99 ng·g-1)、Y4(1.91 ng·g-1)和Y15(1.83 ng·g-1)采樣點，同樣Y13采樣點PCBs濃度最低(0.96 ng·g-1)。

PCBs的疏水親脂性使其能很快吸附到沉積物有機質和生物脂肪中，沉積物中的PCBs一方面可以通過再懸浮作用再次進入水體，另一方面可以通過水生植物和底棲生物的富集效應間接危害人類，因而沉積物中PCBs濃度水平和組成特征是衡量水生態環境的一個重要指標。太湖流域水源地沉積物中PCBs濃度在0.47～1.29 ng·g-1之間(圖2)，從空間分布特征看，Y3采樣點PCBs濃度最高(1.29 ng·g-1)。其次是Y7(1.17 ng·g-1)和Y2(0.87 ng·g-1)采樣點，Y8采樣點PCBs濃度最低(0.47 ng·g-1)。

圖2　6月太湖流域水源地多氯聯苯(PCBs)濃度特征Fig. 2　Concentration of polychlorinated biphenyls (PCBs) in water source area of Taihu River Basin in June

圖3　太湖流域水源地PCBs組成特征Fig. 3　Composition characteristics of PCBs in water source area of Taihu River Basin

2.2　水源地PCBs組成分析

在6月，各采樣點水相中PCBs表現出相同的分布特征，即三、四氯聯苯(Aroclor1242、Aroclor1016和Aroclor1248)濃度>五、六氯聯苯(Aroclor 1254和Aroclor 1260)濃度>其他聯苯(Aroclor 1221和Aroclor 1232)濃度，說明本研究水相中PCBs主要來源于三氯和四氯聯苯的混合污染，這與陳燕燕等[12]和計勇等[15]的研究結果基本一致。我國從1965年至1974年間生產了約9萬噸三氯聯苯用于制作電容器，約l萬噸五氯聯苯用于油漆生產等工業過程。因此，研究區域內包括油漆工業和電力制造業在內的工業生產過程可能是水源地水相中PCBs主要來源。圖3所示，6月水源地水相中PCBs類物質檢出率最高的為Aroclor 1221和Aroclor 1016，Aroclor 1221在大部分采樣點均有檢出。Aroclor 1248在所有采樣點均未檢出，其余Aroclor均有不同程度檢出。懸浮顆粒物中PCBs檢出率最高的為Aroclor 1016和Aroclor 1260，除Aroclor 1232在所有采樣點均未檢出，其余6種Aroclor均有檢出。沉積物中PCBs檢出率最高的同樣為Aroclor 1016和Aroclor 1260，其中Aroclor 1232、Aroclor 1242和Aroclor 1254未檢出。

2.3　水源地PCBs污染水平

太湖流域水源地水相中PCBs的濃度在ND～1.04 ng·L-1之間，平均值為0.54 ng·L-1。與國內外其他河流和水源地的研究數據比較發現太湖流域水源地水相中PCBs的濃度水平略高于岷江(0.19 ng·L-1)[16]、鄧生河(0.14 ng·L-1)[16]、臥龍高山雪(0.43 ng·L-1)[16]和臥龍埡口冰(0.37 ng·L-1)[16]，稍低于臥龍埡口雪(1.53 ng·L-1)[16]，而遠低于閩江口(203.9～2473 ng·L-1)[17]和通惠河(31.58～344.9 ng·L-1)[18]。可以看出相較與其他研究區域，太湖流域水源地水相中PCBs污染水平較低。此外，本研究PCBs濃度均未超過我國地表水環境質量標準(GB3838—2002)中PCBs的限制值(200 ng·L-1)，說明本研究水源地水相中PCBs污染水平較低。

懸浮顆粒物中PCBs的濃度在0.96～2.72 ng·g-1之間，平均值為1.62 ng·g-1。濃度水平遠低于長江南京段(6.78～17.95 ng·g-1)[19]、長江口(2.5～51.5 ng·g-1)[20]、美國Chesapeake灣[21]和歐洲Guadiana河[22]，說明本研究水源地懸浮顆粒物中PCBs污染水平低于其他研究區域。沉積物中PCBs的濃度在0.47～1.29 ng·g-1之間，平均值為0.95 ng·g-1。遠低于太湖水體沉積物(1.35～13.8 ng·g-1)[12]和Mersey河口(36～1 409 ng·g-1)[23]PCBs的濃度，與Hugli河口(0.31～2.33 ng·g-1)PCBs濃度相當[24]。目前國內還沒有系統針對懸浮顆粒物或沉積物中PCBs的評價標準，雖然國外在該方面雖做了較多工作，但尚未建立統一的污染和風險評價標準。本研究采用加拿大保護水生環境沉積物化學品風險評價標準對太湖流域水源地PCBs進行潛在的水環境風險進行評價[25]。表1所示，水源地各采樣點懸浮顆粒物中PCBs濃度均低于LEL值。同樣，沉積物中PCBs濃度也低于LEL值，說明本研究各采樣點懸浮顆粒物和沉積物中PCBs對水體中大多數底棲動物無毒性影響。

表1　懸浮顆粒物和沉積物中PCBs濃度與NEL、LEL和SEL對比[25]Table 1　Comparison of PCBs concentration in suspended particulate matter and sediments with NEL, LEL and SEL[25]

注： NEL—對底棲生物無毒性影響，LEL—對底棲生物有潛在影響，SEL—對底棲動物有嚴重影響。

Note: NEL, non-toxic effects on benthos; LEL, having a potential impact on benthos; SEL, seriously affecting benthic animals.

綜上所述：(1)3月各采樣點均未檢出PCBs，而6月大多數采樣點均有PCBs檢出。水相中PCBs質量濃度在ND～1.04 ng·L-1之間，平均為0.57 ng·L-1。懸浮顆粒物和沉積物中PCBs的質量濃度在0.47～2.72 ng·g-1之間。水相和懸浮顆粒物中PCBs濃度最高值均為Y1采樣點，而Y13采樣點PCBs濃度最低。

(2)本研究PCBs呈現出較明顯的混合來源特征。所有采樣點檢出的PCBs以Aroclor 1016和Aroclor 1260為主，這可能與我國主要生產和使用的PCBs有關。

(3)水源地PCBs總體污染水平較低。水相中PCBs濃度水平遠低于我國地表水環境質量標準的限制值，而懸浮顆粒物和沉積物中PCBs的濃度水平對大多數底棲動物無毒性影響。

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