论文部分内容阅读
近年来,环境中微塑料污染与危害引起了世界各国的广泛关注。微塑料可与重金属、持久性有机物或微生物等形成复合污染物,破坏生态系统的稳定性,并且可随着食物链的富集与迁移危害人类的身体健康。然而目前关于微塑料问题的探讨主要汇集于海洋系统,对淡水环境中微塑料的认识不够全面。沉积物是微塑料一个重要的汇聚处,进行淡水沉积物中微塑料的污染研究至关重要。沉积物微塑料主要源于水体,在水动力搅动下沉积物中微塑料可能会重新进入水体中,阐明微塑料与湖水和沉积物中重金属吸附规律意义重大。本文以典型马鞍山城市湖泊(雨山湖和南湖)为研究区域,探索沉积物中微塑料适宜的提取方法,深入研究微塑料的时空分布特征、物理形貌特征、以及来源;利用过硫酸钾热氧化方法老化高丰度微塑料(HDPE和PET),通过室内模拟实验,分析微塑料对湖水和沉积物中重金属的富集容量和规律,具体结论如下:(1)通过测定和分析湖泊水质基本理化指标,发现雨山湖和南湖水体TCODCr、TN和TP偏高,氨氮浓度较低。总体来说,雨山湖水质处于Ⅲ-Ⅳ类地表水环境标准,而南湖污染严重,属于劣Ⅴ类。利用单因子评价法和内梅罗综合指数法对水质进行评价,结果表明雨山湖四季水体属于轻度污染,而南湖四季均处于中度污染,主要污染物为TN和TP,其春冬季污染较为严重,夏秋季污染状态稍微缓和。(2)利用SEM、体式显微镜和ATR-FTIR发现湖泊四季沉积物中微塑料的成分主要为PE(春夏季较多,分别占比46.43%和44.63%)、PP(秋冬季偏多,分别占比51.73%和53.29%)、PET、PS、PAN、EPDM和PDMS,且微塑料表面均呈现出不同老化程度。此外,春夏季沉积物中微塑料的颜色主要为透明色,而秋冬季主要颜色分别为绿色和红色,四季微塑料形状占比均为纤维类>薄膜>颗粒;粒径处于250-500μm范围内的微塑料比例最高,四季占比分别为春季44.95%、夏季40.76%、秋季53.79%和冬季61.34%。(3)将湖泊水质基本指标与沉积物微塑料含量进行回归比较,发现湖泊沉积物中微塑料与水中污染物有类似的来源,湖泊水质指标TN、TP、NH4-N和内梅罗综合指数值P越高,在一定程度上可反映出湖泊沉积物中微塑料污染状况越严重。结合湖泊周边状况,推测湖泊沉积物中微塑料可能的来源为湖内塑料制品的破碎老化、渔业活动、岸边衣服的洗涤、地表径流以及大气沉降等。沉积物中微塑料的空间分布呈现一定的差异性,人口密度高、交通情况复杂和水上活动频繁等区域微塑料含量较高,阐明了微塑料污染与人类活动密不可分。雨水截流处理、塑料制品不随意丢弃、湖泊洗涤衣服行为减少、限制湖泊渔业和水上活动等措施可缓解湖泊微塑料的污染状况。(4)利用过硫酸钾热氧化法老化微塑料,结果表明:塑料薄膜HDPE粒径减小、表面红色颜色褪去、微观形貌发生变化(裂缝不断增加)、羰基指数上升、比表面积明显高于PET;而塑料瓶PET外貌并无变化,部分微区存在凸起、孔洞和裂缝等,羰基指数呈现先下降后上升的趋势。在实验室进行模拟老化微塑料与湖水和沉积物中重金属吸附过程,通过ICP-MS检测脱附溶液中重金属含量,结果表明HDPE对湖水中8种重金属吸附性能与老化时间呈现正相关性,而PET对湖水中不同金属吸附能力的变化趋势存在差异,老化20天左右的微塑料(CI在7.28)吸附性能较强,但吸附能力弱于HDPE。此外,还发现PET对沉积物中重金属吸附规律总体呈现先上升再下降的趋势,且封闭厌氧体系有利于PET对重金属的吸附。老化PET对湖水和沉积物中Zn和Fe的吸附量最高;且对沉积物中Mn、Cu、Zn、Ni、Cr和Fe的吸附量显著高于湖水中重金属的吸附量;而对沉积物中重金属(除Mn以外)分配系数低于湖水环境中的分配系数。