1、太湖竺山湾及入湖河流沉积物中多氯联苯单体分布及源解析 徐磊 刘莎 秦庆东 傅大放 金苗 许妍 东南大学土木工程学院 中国科学院南京地理与湖泊研究所 摘 要： 采用改进后的 GC-ECD 方法定量测定了太湖竺山湾及入湖河流 (太滆运河、漕桥河、殷村港和社渎港) 16 个表层沉积物中 209 种多氯联苯 (PCBs) 单体浓度, 并对其分布特征进行了探讨.结果表明, 在 16 个采样点共检测出 115 种多氯联苯单体, PCBs 浓度在 11.0284.05ng/g (干重) 之间, 整体呈现出殷村港0.05) , 这与袁旭音等14对该区域多氯联苯和有机碳的相关性研究结果吻合, 三峡水库蓄水期长江
2、口也有类似的研究结果31;这种现象可能是由于入湖河流附近人类活动频繁, 影响较大, 其次是入湖口水动力条件极为复杂.此外, 本研究测得的沉积物中以低氯联苯为主, 其溶解度较高、挥发性较强, 与 TOC 的相关性较小.鉴于各种因素的共同作用, 该研究区域 TOC 对多氯联苯分布的影响甚微.图 4 表层沉积物中多氯联苯与总有机碳、指示多氯联苯的相关性 Fig.4 Correlations of TOC and indicator PCBs with total PCBs in surface sediments 下载原图通过 7 种常用指示多氯联苯 PCB28、52、101、118、138、153
3、、180 和多氯联苯总浓度的相关性分析发现 (图 4 (b) ) , 7 种指示多氯联苯浓度和多氯联苯总浓度呈现很好的正相关性 (R=0.917, P0.7) , 进一步进行源解析.图 5 (a) 为 16 个沉积物样品中 10 组多氯联苯同族体质量百分含量与 8 种商业Aroclor 产品中的相应质量百分比的主成分分析, 前 2 个主成分 PC1 和 PC2 分别解释了 52.57%和 18.35%的方差变异.从同族体分布角度, 所研究的沉积物样品与 Aroclor1232 或 Aroclor1221 较为相似, 与其他商业 Aroclor 产品来源明显不同.其中竺山湾 Z1、Z2、Z4 点
4、及社渎港 S1 点与 Aroclor1232 来源类似, 主要为一氯、二氯和三氯联苯;其他点位除殷村港 Y1 点外, 均聚集在Aroclor1221 (以四氯和五氯联苯为主) 附近, 说明它们来源相似.在19301993 年, 全球共产生了约 130 万 t 多氯联苯, 其中三氯联苯、四氯联苯及五氯联苯的产量超过 70%36.我国曾在 19651974 年间生产了近 1 万 t 的多氯联苯, 主要是三氯联苯 (用于电容器浸渍剂) 和五氯联苯 (用于油漆添加剂) 37, 低氯联苯是中国生产变压器油的主要成分, 推测研究区域存在电容器、变压器油的泄漏现象以及油漆、造纸等行业的污染排放现象, 并很可
5、能与沉积物中多氯联苯的微生物厌氧脱氯降解作用有关38-39.然而, 同族体分析无法反映出单体的变化情况.为了进一步明晰研究区域多氯联苯单体的分布情况, 本文以样品中检出率大于 50%的多氯联苯单体的百分比组成与 8 种商业 Aroclor 产品中的单体质量百分比进行主成分分析 (图 5 (b) ) .前两个主成分的累计方差贡献率达到 58.93%, 且 16 个沉积物样品均与商业Aroclor 产品有显著差别.此前的研究认为太湖沉积物中多氯联苯主要是Aroclor1242 和 Aroclor1254 的混合源13, 而在本研究中, 无论通过多氯联苯同族体还是单体的主成分分析, 均无法得出类似的
6、结果.这进一步说明, 以几种或几十种多氯联苯单体为代表的沉积物多氯联苯分析具有片面性, 可能造成结果的偏差.同时也说明了该区域多氯联苯来源的复杂性, 并存在其他物理、化学、生物作用40.图 5 沉积物中多氯联苯同族体和单体主成分分析 Fig.5 Principal component analysis of the PCB homologues and congeners in surface sediments 下载原图2.4 生态风险评估沉积物是有机污染物的汇, 也是有机污染物的释放源.由于污染物种类繁多, 生物效应差异较大, 很难确定沉积物的污染标准.迄今为止, 我国还没有建立沉积物中多
7、氯联苯的环境质量评价标准.本文主要利用毒性当量因子法 (TEFs) 和加拿大沉积物环境质量标准评价法 (ISQGs) 对太湖竺山湾和周边主要入湖河流沉积物中多氯联苯进行生态风险评估.二噁英类化合物主要包括多氯代二苯-并-呋喃 (PCDFs) 、多氯代二苯-并-二噁英 (PCDDs) 、多溴二苯醚类化合物 (PBDEs) 以及共平面多氯联苯, 即类二噁英多氯联苯.采用毒性当量因子 (TEFs) 的概念41, 通过 TEFs 来计算毒性当量 (TEQ) , 即以毒性最强的 2, 3, 7, 8-TCDD 的 TEF 为 1, 计算其他二噁英异构体的相对毒性.毒性当量 (TEQ) 的计算公式如下:式
8、中:TEQ 为某化合物的毒性当量;TEFi 为化合物 i 的毒性当量因子;Ci 为化合物 i 的浓度.计算了沉积物中 12 种类二噁英多氯联苯的毒性当量, 这 12 种类二噁英多氯联苯及其 TEFs 值 (世界卫生组织于 2005 年修订42) 见表 4.表 4 12 种类二噁英多氯联苯的毒性当量因子和毒性当量 Table 4 TEFs and TEQs of 12 dioxin-like PCBs 下载原表 从表 4 中看出, 研究区域多氯联苯毒性当量为 0.00613.552pg/g, 其中毒性当量最高值出现在竺山湾 Z1 点 (百渎口) , 主要由 PCB126 引起, 与 Qiao 等
9、43的报道一致.在 Mac Donald 等44提出效应极限值 (ISQG) 和可能效应水平值 (PEL) 的基础上, 加拿大环境委员会依据大量实验数据制定了沉积物环境质量标准, 其中沉积物中多氯联苯的质量标准 ISQG 为 21.5ng/g, PEL 为 189ng/g.当污染物浓度低于 ISQG 值时, 对暴露生物体的威胁在可接受范围内, 几乎不会引起生物负效应;当污染物浓度介于 ISQG 值和 PEL 值之间时, 对暴露生物体构成潜在威胁, 偶尔会引起生物负效应;当污染物浓度高出 PEL 值时, 会对暴露生物体造成严重威胁, 导致经常发生生物负效应.图 6 209 种多氯联苯总浓度积累概
10、率曲线 Fig.6 Plot of percent cumulative probability against concentrations of 209 PCB congeners 下载原图图 6 分别标出了 ISQG 浓度 (21.5ng/g) 和 PEL 浓度 (189ng/g) 以及计算得到的第 10, 50 和 90 百分位化合物浓度 C10, C50和 C90.如图 6 可见, 16 个沉积物样品中的 12 个多氯联苯浓度低于 ISQG 值, 但在 C50浓度即接近 ISQG 浓度时, C90则介于 ISQG 值和 PEL 值之间, 表明太湖竺山湾及入湖河流沉积物中多氯联苯污染具
11、有一定的潜在生态风险, 需要进一步关注.3 结论3.1 太湖竺山湾及 4 条入湖河流沉积物中共检测出 115 种多氯联苯单体, PCBs 浓度为 11.0284.05ng/g, 最高值出现在竺山湾中心区;多氯联苯在 5 个区域的平均浓度呈现出殷村港漕桥河社渎港太滆运河竺山湾的趋势.3.2 研究区域沉积物中的多氯联苯以低氯联苯为主, 尤其是一氯和二氯联苯居多, 推测可能与沉积物中多氯联苯的微生物脱氯降解作用有关.3.3 同族体主成分分析发现研究区域沉积物样品中多氯联苯分布与商业产品Aroclor 1232 或 1221 较为相似.其中二氯到五氯联苯的污染贡献较大, 以此推断来源于研究区域附近泄漏
12、的电容器、变压器油以及油漆、造纸等行业排放的污水.同时, 大气干、湿沉降也是沉积物中多氯联苯的重要来源.多氯联苯单体主成分分析结果显示, 研究区域单体分布与已知的常见商业混合物均有较大差异, 进一步说明沉积物中多氯联苯来源和影响因素的复杂性.3.4 利用毒性当量因子法和加拿大沉积物环境质量标准评价法对研究区域生态风险进行分析, 结果显示太湖竺山湾及入湖河流沉积物中多氯联苯污染对暴露生物体构成潜在威胁.参考文献1Wiegel J, Wu Q Z.Microbial reductive dehalogenation of polychlorinated biphenylsJ.Fems Microbiology Ecology, 2000, 32 (1) :1-15. 2Brown J F, Bedard D L, Brennan M J, et al.Polychlorinated biphenyl dechlorination in aquatic sedimentsJ.Science, 1987, 236 (4802) :709-712.
