白洋淀入淀河流微塑料分布及其重金属吸附和风险评估

来源 :北京林业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanfengim
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作为新型污染物,微塑料在全球范围内广泛分布。由于表面积大,微塑料能够吸附环境中多种污染物,同时微塑料在自然环境中发生老化、附着微生物等,促进微塑料对其他污染物的吸附。当微塑料进入食物链后,对人体产生潜在的健康风险。白洋淀是华北地区最大的湿地,淀区不仅存在微塑料污染,部分区域存在重金属锌、铅、镉的含量超标。因此,本文主要分析白洋淀上游河流河口区域微塑料的污染分布,探讨老化和附着生物膜的微塑料对重金属的吸附特征,评估微塑料与重金属复合污染对人体造成的潜在风险,为保障白洋淀地区的生态环境安全具有重要意义。以白洋淀府河、孝义河河口区为对象,研究水样和沉积物中微塑料污染情况。结果表明,微塑料在水体和沉积物中普遍存在。在府河和孝义河水样中,微塑料平均丰度分别为4和5 n/L;微塑料形状均以碎片状和纤维状为主;0.5-1 mm微塑料占比最大,分别为50.7%和58.1%;府河水样中蓝色微塑料占比最大,为55.2%,孝义河水样中透明微塑料占比最大,为32.6%;两条河流水样中均以聚乙烯(PE)为主。在府河和孝义河沉积物中,微塑料平均丰度分别为558和305n/kg;微塑料形状均以碎片状和纤维状为主;0.1-0.5 mm微塑料占比最大,分别为44.7%和31.8%;透明微塑料占比最大,分别为43.9%和40.6%;两条河流沉积物中均以PE为主。府河沉积物中微塑料丰度与沉积物深度呈指数函数关系,微塑料丰度随沉积物深度增加显著降低(R~2≥0.836,p≤0.002),这主要与沉积物的形成时期有关。随着沉积物深度增加,微塑料粒径减小。打磨老化后微塑料对锌、铅、镉具有一定的吸附作用。结果显示,老化聚乙烯(A-PE)对锌、铅、镉的平衡吸附量分别为35.54、28.34和12.74 mg/kg,比未老化聚乙烯(PE)提高37.1%、44.7%和48.5%;老化聚丙烯(A-PP)对锌、铅、镉的平衡吸附量分别为41.19、29.85和13.652mg/kg,比未老化聚丙烯(PP)提高39.0%、52.0%和49.5%。三种重金属在老化微塑料上的吸附动力学均可用准二级动力学模型较好地拟合(R~2>0.912),吸附等温线均可以采用Freundlich模型较好地拟合(R~2>0.928)。微塑料的老化显著增加了微塑料对重金属的吸附效果。微塑料表面易于生长微生物膜,附着微生物膜后微塑料对重金属的吸附作用发生变化。结果显示,附着微生物膜的聚乙烯(B-A-PE)对锌、铅、镉的平衡吸附量分别为43.06、30.25和13.45 mg/kg,比PE提高了66.0%、54.5%和56.8%;附着微生物膜的聚丙烯(B-A-PP)对锌、铅、镉的平衡吸附量分别为47.95、32.46和14.75mg/kg,比PP提高61.8%、65.3%和61.6%。三种重金属在微塑料上的吸附动力学均可用准二级动力学模型较好地拟合(R~2>0.923),吸附等温线数据均可采用Freundlich模型较好地拟合(R~2>0.911)。微塑料表面生物膜的附着促进了微塑料对重金属的吸附。从整体来看,府河和孝义河的微塑料污染风险指数相差不大。两条河流河口水样中微塑料风险指数均大于沉积物,除孝义河沉积物中微塑料风险等级为Ⅰ级外,其余都为Ⅱ级。聚酰胺(PA)和聚苯乙烯(PS)是白洋淀上游河流危害评分最高的微塑料类型。以PP微塑料为例,老化微塑料和附着生物膜的微塑料吸附铅和镉后,对人体的目标风险指数和总危害指数均小于1,表明其对人体没有明显的健康风险。老化微塑料和附着生物膜的微塑料在吸附镉后造成的患癌风险均大于10-4,表明其具有较高的致癌风险。本文探明了白洋淀地区的微塑料污染分布,评估了府河、孝义河河口水体和沉积物中微塑料的风险等级,填补了白洋淀地区微塑料研究的空白,为淡水环境微塑料的污染控制提供数据支撑和理论依据。
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