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邻苯二甲酸酯(Phthalate acid esters-PAEs)是一类重要的有机化合物,属环境激素类物质,对人体有潜在的危害,且我国许多河流PAEs污染严重。因此,研究PAEs在河流沉积物中的迁移转化规律和相应的质量基准(SQC)对维持区域环境生态系统和人类健康具有重要的意义。
本论文利用平衡分配法(EqP)研究PAEs沉积物质量基准,着重探明不可逆吸附作用的影响。采集了长江和黄河若干代表性断面的沉积物样品,研究了PAEs在沉积物中的吸附-解吸规律,建立了表面吸附和分配吸附复合模式。通过连续吸附和多次解吸循环实验,研究了PAEs在沉积物上的不可逆吸附过程,提出了改进的可逆/不可逆吸附模型,计算了最大不可逆吸附量,并探讨沉积物的组成和性质以及PAEs自身物化性质对不可逆吸附作用的影响,揭示沉积物中造成不可逆吸附作用的组分。在此基础上,考虑不可逆吸附作用的影响,对传统的EqP给予补充,结合已有的水质基准资料,尝试制定出适合长江和黄河PAEs污染沉积物的质量基准值。主要研究结论如下:
(1)PAEs在水体沉积物上的吸附包括表面吸附和分配作用,并且同时存在可逆吸附和不可逆吸附,可逆吸附类似于污染物在沉积物有机质中的分配行为,解吸只能发生在可逆吸附室中,滞留在不可逆吸附室中的污染物相对具有一定的惰性,表现为不可逆过程。
(2)DMP的吸附用线性分配和Freundlich复合模式(LF型)拟合度较高(r<'2>约0.96)。实验所得logK<,oc>拟合值(3.25~4.91)均比文献值1.94~2.3高出很多。DEHP的吸附亦符合LF型复合式,拟合相关度均在0.95左右,实验所得log K<,oc>拟合值(5.03~6.05)与文献值(4.94~5.72)相对比较接近。DMP和DEHP在水体颗粒物上的吸附过程包括表面吸附和分配作用两个过程,且在所研究的浓度范围内,表面吸附部分分别占67.26%和39.28%。由此说明,除了在有机质上的分配作用外,PAEs还存在其他的吸附机制。
(3)通过线性外推法求得最大不可逆吸附量q<,max><'irr>-cart值,DMP在四种沉积物上的q<,max><'irr>-cart值为125.19μg/g~337.371μg/g,DEHP的q<,max><'irr>-cart值范围为515.871μg/g~591.40μg/g。作图外推法得出的q<,max><'irr>-cart值与实验值q<,max><'irr>-exp基本保持一致,说明该实验结果具有可靠性。
(4)PAEs的不可逆吸附机理包括以下几方面。其一是PAEs自身的化学结构决定的特殊理化特性导致吸附过程中存在静电力、氢键或范德华力的作用;其二是进入不可逆吸附室的PAEs与土壤有机质中的有机胶体形成了有机复合物;其三是由于PAEs凝聚在毛细管或空隙间而产生不可逆吸附;其四,玻璃质有机质即黑炭的吸附构成了PAEs不可逆吸附的一部分。
(5)如果运用传统EqP法得出的SQC值过于严格,过高的估计了沉积物中污染物的生态风险。将不可逆吸附的影响加入SQC中,改进后的SQC值更为科学合理。例如,小浪底处沉积物中DEHP含量为1.052μg/g,对照传统SQC值(0.898μg/g)已经超标,而运用改进后的公式,发现DEHP含量是符合标准的(<22.135μg/g),这一评价结果与孔隙水浓度的评价结果相吻合。