高邮湖有机污染现状与底泥吸附特性研究

吴小伟

高邮湖有机污染现状与底泥吸附特性研究

吴小伟

随着有机合成品在人们生产和生活中的广泛应用，大量有机污染物如农药、染料、医药等对水环境的污染日益加剧。有机污染物一般都表现出较强的疏水性，它们进入水体以后倾向于吸附在底泥介质中。被底泥吸附而固定下来的有机污染物，在适当的条件下又会释放到环境中，成为二次污染源。湖泊底泥是众多污染物在环境中迁移转化的载体，是水体中多种污染物的二次污染来源。近年来许多研究工作都已证实，底泥对非离子型有机化合物的吸附主要是这些化合物在底泥有机质中的分配。由于底泥有机质结构上的差异性，即便是同一种有机物在不同来源湖泊底泥上的吸附强度也会有很大偏差，底泥有机质含量、底泥外表面性质是控制有机污染物吸附的主要因素。底泥对污染物吸附方式的不同是决定内源污染程度、污染物重新释放的关键因素。

高邮湖是江苏省第三大湖，属大型过水性湖泊，为淮河入江水道，水域面积为760.67km2。从近十年的水质监测结果来看，高邮湖全年的水质基本保持在Ⅲ—Ⅴ类，超标项目多为总氮、总磷。然而随着工农业污染的加剧，尤其是近年来周边助剂厂、染化厂的出现以及有机合成农药、杀虫剂的广泛使用，高邮湖正面临着有机污染的潜在危害。

1 高邮湖水体和底泥中有机污染现状

在高邮湖（扬州境内）湖区选取了四个监测点，分别对水样及底泥样品中有机物的种类进行了定性分析。图1为水质监测点示意图，分别为：高邮湖生态养殖区（界首取样点），高邮湖生态恢复区（马棚取样点），高邮湖资源保留区（高邮湖水位站），高邮湖资源保留区（郭集取样点）。

利用气相色谱—质谱联用（GC-MS）对水体和底泥中主要有机污染物进行了定性分析，定性分析通过计算机标准NIST质谱库检索进行，并结合标准化合物的保留时间比较和计算Lee保留指数对比进行。分析结果（见表1）由中科院南京地理与湖泊研究所提供。

高邮湖水体中基本未检出有机污染物，而在高邮湖底泥中存在不同程度的难降解有毒有机污染物（多环芳烃类、氯苯，有机农药）。这些化合物毒性大且难降解，可能对水环境产生一定的影响。

2 高邮湖底泥对三种常见有机污染物的吸附研究

2.1 吸附实验设计

在上述4个水质监测点采集表层底泥样品，自然风干、轻打拍碎，过2mm筛去除杂物，保存备用。根据高邮湖底泥中检出的有机污染物种类，吸附质选取了多环芳烃类、氯苯类和有机农药类。本研究中多环芳烃选取菲、氯苯类选取1，2，4，5- 四氯苯、有机农药选取2，6-二氯苯腈。表2给出了三种吸附质的理化性质。

2.2 实验方法

称取适量的底泥样品，加入背景液（0.02 mol/LNaCl和200 mg/LNaN3），浸润一段时间后，加入吸附质的标准溶液。室温下旋转平衡，吸附达到平衡后，静置离心，取上清液，分析化合物水相平衡浓度。

菲和2，6-二氯苯腈均采用高效液相色谱分析，流动相比例（甲醇：水）分别为90∶10、75∶25,紫外检测波长分别为254nm、210nm。1，2，4，5- 四氯苯采用气相色谱分析（电子捕获检测器）。有机碳含量采用燃烧称重法分析：用0.01mol/L盐酸酸化底泥样品，去除无机碳，然后样品冷冻干燥，一周后对干燥的样品进行元素分析，获得有机碳含量。底泥矿物组成采用X射线衍射分析，底泥表面形态采用扫描电镜分析，底泥粒径分布采用激光粒度分析仪分析。

2.3 吸附实验结果与讨论

高邮湖底泥平均粒径为4.55mm、粘粒组分（粒径<2mm）占8.1%；有机碳含量为1.02%；主要矿物组成以云母、蛭石、蒙脱石为主。

吸附等温线采用Freundlich模型q=KFCwn拟合（其中q/（mmolkg-1）、Cw/（mmolL-1）分别代表吸附平衡时固、液相中化合物的浓度，KF/（mmol1-nLnkg-1）指的是Freundlich模型中的拟合系数，n代表线性指数）。表3给出了吸附等温线Freundlich模型拟合后的相关参数。总的来说Freundlich等温线能够很好地拟合吸附数据，高邮湖底泥对三种有机污染物的吸附强弱顺序为：菲＞1，2，4，5- 四氯苯＞2，6- 二氯苯腈。从n 值上可以看出1，2，4，5- 四氯苯和2，6-二氯苯腈的吸附线性程度很强，而菲呈现出非线性。

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对比菲和1，2，4，5- 四氯苯，从表2中溶解度和正辛醇—水分配系数上看菲的疏水性略小于1，2，4，5- 四氯苯，然而从KF值上看菲在高邮湖底泥上的吸附强度却远大于1，2，4，5- 四氯苯。这说明菲在高邮湖底泥上的吸附不仅仅是疏水分配。近年来文献中有人提出，致密浓缩的有机质对芳香类有机物有着更强的吸附能力。高邮湖底泥表面形态质地致密浓缩，孔状结构相对较少，可以初步推测高邮湖底泥有机质中交叉相连的芳环结构较多，芳香碳含量较高。这种特殊的结构特征决定了其对多环芳烃有着更强的吸附能力。传统观点认为极性化合物溶解度较大且存在极性官能团，在底泥吸附中微孔及表面吸附作用相对较强。然而在本实验中，从n值上看2，6-二氯苯腈在高邮湖底泥上的的吸附基本完全线性，2，6-二氯苯腈主要是分配到高邮湖底泥有机质中，矿物的贡献较小。

3 高邮湖底泥有机污染生态风险预测

由上述实验结果可见，高邮湖底泥有机质含量高，有机质结构致密，极易吸附难降解有机污染物。由于底泥的吸附作用及疏水性有机污染物的易积累性，使得这些难降解的有机毒物在底泥中的浓度大大高于水中浓度，这些污染物在上覆水中仅以痕量水平存在，以现有的检测方法甚至难以检出，但底泥的吸附作用使得它们在底泥中的含量往往超过生物的健康阈值，直接或间接地对底栖生物和上覆水生物造成危害，进而影响整个湖泊的健康生态。

4 研究结论

尽管富营养化问题一直以来都是湖泊治理的重点和难点，然而湖泊的有机污染也不容忽视。高邮湖底泥特殊的有机质结构导致有机毒物对湖泊的生态危害具有隐蔽性和持久性，目前高邮湖底泥正面临有机污染威胁，亟待采取有效控制措施。首先，要控制源头污染，严禁周边农田使用有机农药，严格控制淮河上游企业有机污染物排放；其次，酌情对高邮湖底泥淤积严重的区域进行清淤，并将淤泥送污水处理厂处置；第三，有机污染物易随大气沉降，污染区域广，所以在城市高速发展进程中应合理制定城市的工农业区划；第四，有机污染物量小毒大，有机污染存在一定的隐蔽性和持久性，应提高公众的有机污染危害意识

江苏省水文水资源勘测局扬州分局 250002）