钱塘江沉积物多氯联苯的释放规律及其污染控制研究

摘要

钱塘江是浙江省最大的水系,杭州地表水年供量的85％来自钱塘江,所以钱塘江是杭州市的重要命脉。本文考察了钱塘江沉积物多氯联苯的的污染状况,发现钱塘江存在潜在多氯联苯环境风险,因此展开对沉积物多氯联苯释放规律的研究,考察了溶解性有机质对多氯联苯释放的作用机理及影响因素,最后研制了多种纳米零价铁材料,为沉积物多氯联苯削减控制提供技术支持。研究得出主要结论如下:
　　 总结了2006-2010年钱塘江沉积物的污染现状,发现沉积物PCBs含量不仅与沉积物有机质含量(O.M)显著相关,也受钱塘江水文条件变化的影响,枯水期沉积物PCBs的污染更严重。
　　 对钱塘江供试样富阳段沉积物现状的分析表明,沉积物有机质含量为7.71～12.24%,PCBs水平在57.9155～76.7846μg/kg dw,以4氯代、5氯代PCBs为主。沉积物多氯联苯的释放满足一级动力学方程,说明沉积物中多氯联苯的释放以扩散机制为主。沉积物多氯联苯释放速率常数、平衡释放量与多氯联苯辛醇分配系数Kow负相关,与多氯联苯溶解度S正相关。
　　 提取了钱塘江有机重污染沉积物的溶解性有机物DOM并对其进行了分级,得到亲水性有机物HY和疏水性有机物HON,并对DOM进行红外表征,其可能的官能团包括多糖、羧基、酚结构、芳香结构、c=C、C=O、C-O、脂肪族、芳环、si-O、-NH4+等。
　　 DOM、HY和HON提高LDPE膜上PCBs从固相转移到液相的传质速率,且显著促进PCBs释放。pH影响HY、HON对PCBs释放的效果,高温促进PCBs的释放且夏季钱塘江多氯联苯污染严重。此外,LDPE膜上的PCBs logKmw和logKow线性相关,相关系数R=0.97(20℃),R=0.95(30℃)。
　　 对市售活性炭(AC)改性,实验室制备的纳米零价铁(Fe0)、负载零价铁的活性炭(AC-Fe0)、负载零价铁的蒙脱石(MMT-Fe0)、负载零价铁的有机改性蒙脱石(CTMAB-MMT-Fe0)等材料进行X射线小角散射SAXS表征,均属纳米级。X射线吸收精细结构XAFS表征结果表明Fe0中90.4%的铁以零价铁的形式存在,AC-Fe0、CTMAB-MMT-Fe0的铁以零价铁和三价铁的形式存在,材料MMT上基本没有负载上零价铁。
　　 考察材料对PCBs的去除效率发现AC、Ac-Fe0＞CTMAB-MMT-Fe0＞＞Fe0＞MMT-Fe0。考察纳米零价铁(Fe0)对沉积物多氯联苯的原位削减效果,发现沉积物添加质量分数1%的纳米零价铁(Fe0)后,沉积物的多氯联苯浓度由处理前的15.18μg/kg降低到14.22μg/kg,平均削减率为6.32%,零价铁作用下沉积物中高氯代联苯向低氯代转变。