黄河河南段沉积物再悬浮过程中多环芳烃的释放行为

摘要

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)是环境中广泛存在的一类有机污染物，具有致癌性、致畸性、生殖毒性和免疫毒性。由于溶解度低、疏水性强，进入水体后容易被颗粒物吸附，并随其在沉积物中积累，使沉积物成为环境中PAHs的蓄积库。蓄积在沉积物中的PAHs在沉积物再悬浮过程中会重新释放进入水体，造成二次污染，再悬浮过程对于沉积物中PAHs的迁移和归宿具有重要的作用。本文分析了焦作东平滩流域和开封大桥流域的原状沉积物和不同粒径不同轻重等沉积物中PAHs的分布，研究了黄河河南段沉积物PAHs的释放行为、生物有效性和再悬浮过程中PAHs的释放行为。
　　研究表明，不同粒径沉积物中PAHs组成相似，环数小于等于四的PAHs所占比例超过50％，但浓度含量相差很大。粒径和密度对吸附性能还是有一定的影响的，黄河河南段沉积物中PAHs的分布与比表面积、孔隙率并不相关。焦作东平滩土样中，TOC和BC均不是ΣPAHs的优势吸附剂，但是原土样和重组分中萘的优势吸附剂，尤其是BC。TOC和BC都不是开封大桥沉积物样品原组分和重组分的主要吸附剂，但是其轻组分中ΣPAHs和萘的优势吸附剂。小粒径(＜63μm)的沉积物轻组分样品中，BC是其优势吸附剂，但大粒径中并不是。
　　在沉积物中，PAHs的释放分为快速释放和慢速释放两个阶段。快速释放阶段(0～1d)内，沉积物中残留的ΣPAHs的浓度减少较快，其变化符合一级动力学。而慢速释放阶段(0～6m)释放速率逐渐变小，“两阶段动力学模型”很适合去解释和拟合沉积物中PAHs的释放过程，尤其适合解释PAHs的长期释放规律与研究PAHs的生物可利用性，与短期释放的一级动力学模型联合起来观察，能更好的解释沉积物中PAHs的释放的全过程。经过重液分离的过程，初始释放速率普遍提高。对不同PAHs进行比较，低分子量PAHs(萘、二氢苊、芴)的释放速率要大于中等分子量PAHs(菲、荧蒽、芘、蒽)的释放速率。不同理化性质的沉积物土样，其最大释放效率也并不相同，即生物可利用性也各不相同。
　　沉积物PAHs含量对再悬浮过程中PAHs的释放影响很大，东平滩的沉积物释放至水体的PAHs量普遍高于开封大桥，开封大桥沉积物，无论在不同粒径之间还是不同轻重之间，变化相对比较平稳。当沉积物土样中含有的吸附剂类型不同时，再悬浮过程中PAHs的释放行为也大有不同。在焦作东平滩地区，经再悬浮12h的释放作用，PAHs的构成比例已发生非常大的变化，而开封大桥地区PAHs的构成比例却类似。
　　再悬浮过程中，释放进入上覆水体的的三环、四环PAHs的浓度随着剪应力的增加而增加，萘随着剪应力的增加而减小，总悬浮颗粒物浓度随着剪应力的增加而增加。开封大桥沉积物再悬浮颗粒PAHs的体积浓度是随时间随剪应力成比例增大，而在焦作东平滩的土样中，随着剪应力的增大，低环多环芳烃所占比例越来越小，而高环多环芳烃所占比例越来越大。再悬浮颗粒物PAHs质量浓度随剪应力增加而降低。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 PAHs的基本理化性质

1．3 沉积物中PAHs的研究进展

1．3．1 PAHs在沉积物中的含量、分布

1．3．2 PAHs在沉积物中的环境行为及归宿

1．3．3 实验室模拟机理研究

1．4 沉积物再悬浮的研究进展

1．4．1 沉积物再悬浮过程中污染物释放

1．4．2 沉积物再悬浮过程中污染物释放的主要影响因子

1．4．3 值得进一步讨论的问题

1．5 研究目标、内容与技术路线

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．5．3 技术路线

第二章 实验材料与方法

2．1 所研究的PAHs

2．2 实验材料与仪器

2．2．1 试剂

2．2．2 实验仪器

2．3 样品的采集与制备

2．3．1 样品的采集

2．3．2 沉积物样品的粒径分级

2．3．3 沉积物样品的轻、重组分的分离

2．4 沉积物模拟实验的实验步骤

2．4．1 沉积物中PAHs的生物可利用性实验

2．4．2 沉积物再悬浮模拟实验

2．5 PAHs的分析

2．5．1 预处理

2．5．2 HPLC分析

2．6 沉积物的理化性质分析测定方法

2．6．1 总有机碳

2．6．2 炭黑

2．6．3 比表面积及孔隙率

第三章 结果与讨论

3．1 黄河(河南段)沉积物中多环芳烃赋存分布特征的初步研究

3．1．1 沉积物理化性质及PAHs的分布

3．1．2 粒径及密度对PAHs分布的影响

3．1．3 有机碳含量(TOC)、炭黑(BC)、比表面积、孔隙率对PAHs分布的影响

3．1．4 小结

3．2 黄河(河南段)多环芳烃的生物可利用性的初步研究

3．2．1 沉积物理化性质

3．2．2 沉积物中PAHs的释放行为和生物可利用性

3．2．3 小结

3．3 黄河(河南段)多环芳烃在再悬浮过程中的释放规律

3．3．1 沉积物理化性质及实验研究对象

3．3．2 不同理化性质对沉积物再悬浮过程中PAHs释放的影响

3．3．3 再悬浮时间及剪应力对沉积物再悬浮过程中PAHs释放的影响

3．3．4 小结

第四章 主要结论和创新之处

4．1 主要结论

4．2 主要创新点

4．3 不足与建议

参考文献

致谢

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