湖泊沉積物中多環(huán)芳烴菲吸附解吸特征研究.pdf

1、多環(huán)芳烴(PAHs)是環(huán)境中廣泛存在的一類持久性有機(jī)污染物，具有致癌、致畸、致突變特性，易在生物體內(nèi)富集，并通過食物鏈傳遞，最終在食物鏈頂端生物體內(nèi)累積，因此其環(huán)境行為受到人們的高度關(guān)注。湖泊作為一個復(fù)雜的水生生態(tài)系統(tǒng)，匯集著陸域輸入的各類污染物。湖泊沉積物含有大量的有機(jī)質(zhì)與多種礦物，具有復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，極易吸附疏水性有機(jī)污染物，這使其成PAHs主要蓄積庫。然而，當(dāng)沉積物外部環(huán)境發(fā)生變化時，蓄積其中的PAHs釋放進(jìn)入水體，形成“二次”污

2、染。近年來，國內(nèi)外學(xué)者開展了PAHs在沉積物、水體與生物體中含量與賦存形態(tài)研究，但對其在沉積物中吸附特征以及解吸過程研究較少。
　　本研究以菲為多環(huán)芳烴的代表污染物，以太湖、巢湖、玄武湖沉積物為材料，通過開展沉積物中菲吸附室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究不同菲濃度(50、100、200μg L-1)下，湖泊沉積物對其吸附特征，應(yīng)用Freundlich和Henry等溫吸附平衡模型，探討不同類型湖泊沉積物菲吸附動力學(xué)過程，此外，還開展沉積物中菲解吸

3、實(shí)驗(yàn)，研究氯化鈣、水楊酸、表面活性劑（十二烷基硫酸納）對沉積物中菲解吸特征的影響，結(jié)合x射線衍射(XRD)與掃描電子顯微(SEM)技術(shù)，分析湖泊沉積物中菲吸附-解吸機(jī)制，為PAHs對湖泊污染的監(jiān)測和治理提供科學(xué)依據(jù)，研究結(jié)論如下:
　　(1)太湖1號沉積物中共檢出14種優(yōu)控多環(huán)芳烴，未檢出(屈)(Chr)和BghiP;太湖2號沉積物中檢出15種優(yōu)控多環(huán)芳烴，未檢出(屈)(Chr);太湖3號沉積物中共檢出14種優(yōu)控多環(huán)芳烴，未檢出(

4、屈)(Chr)和茚[1，2，3-cd]芘(InP);巢湖1號、2號、3號與玄武湖1號沉積物中均檢測出16種優(yōu)控多環(huán)芳烴。其中菲濃度從高到低依次為太湖2號:520.60 ng g-1，已經(jīng)明顯高出生態(tài)風(fēng)險低值(ERL=240);巢湖菲濃度為:217.71 ng g-1，接近生態(tài)風(fēng)險低值(ERL);巢湖1號:103.00 ng g-1、太湖3號:70.32 ng g-1、玄武湖1號:59.93 ng g-1、巢湖2號:48.40 ng g-

5、1、最低值為太湖1號:36.65 ng g-1，除太湖2號與巢湖3號以外，其它湖泊中菲暫時不存在生態(tài)風(fēng)險。
　　(2)菲在太湖、巢湖、玄武湖沉積物上的吸附過程分為快速吸附和慢速吸附兩個過程，符合Freundlich等溫吸附模型，屬于以物理吸附為主的放熱反應(yīng)，范德華力、氫鍵力、偶極間力、離子鍵力和化學(xué)吸附力是主要作用力等;菲在不同沉積物上吸附時的分配系數(shù)log10 kf變化范圍為:2.51-2.97，表明其對菲吸附強(qiáng)度和吸附容量較大

6、，n值均不等于1，屬非線性吸附過程;沉積物對菲的吸附量與其有機(jī)碳含量呈正相關(guān)關(guān)系。
　　(3)太湖、巢湖、玄武湖沉積物中菲的吸附解吸曲線不重合，存在滯后現(xiàn)象;解吸率與TOC含量成反比，有機(jī)碳含量越高，導(dǎo)致其不可逆解吸程度增加，遲滯系數(shù)HI與其TOC含量成正相關(guān)相關(guān)系(R2=0.9116);三種背景溶液對沉積物中菲增溶的能力為:十二烷基硫酸鈉＞水楊酸＞CaCl2，其中十二烷基硫酸鈉溶液中菲解吸率最高可達(dá)74.65％，水楊酸溶液的為2

7、7.66％，CaCl2溶液的為19.36％。
　　(4)湖泊沉積物孔隙結(jié)構(gòu)電子掃描圖譜反應(yīng)了菲與沉積物結(jié)合方式發(fā)生了物理化學(xué)的變化，影響了菲吸附與解吸過程;溶劑對沉積物微孔內(nèi)表面菲的洗脫作用較大孔中的弱，使其被禁錮在微孔內(nèi)，這是導(dǎo)致解吸過程出現(xiàn)滯后性主要原因之一;沉積物傅里葉紅外圖譜在1400 cm-1-1600 cm-1與820 cm-1處吸收峰明顯增強(qiáng)，芳香碳含量高于吸附前含量，表明該部分菲的吸附是在沉積物上發(fā)生了化合鍵合，沉