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博亿堂官方下载:原创论文 江南地区缓流水体中微塑料的表现规律

发布时间:2022-08-15 03:16:39 来源:博亿堂98手机版 作者:博亿堂官方下载    

  :全球水环境中的微塑料污染日益引起人们的关注。针对江南水乡22条小型淡水河流,研究了微塑料(粒径5mm)的丰度、粒径、颜色和形状分布,调查了微塑料污染水平。研究发现,微塑料丰度为3.50~12.00 个/L;就颜色而言,黑色微塑料占比最高,达到30.79%,高于蓝色(28.57%)、无色(21.59%)和红色(19.05%);就形状来说,纤维占比最高,达到85.40%,高于颗粒(5.40%)、薄膜(3.80%)和碎片(5.40%)。微塑料粒径主要集中在30~40μm,占比为26.25%。可见,苏州古城区22条河流均不同程度地受到微塑料污染。这为进一步了解内陆淡水生态系统中的微塑料变化规律,以及制定相应的污染防控措施提供了有力支撑。

  塑料的广泛使用改变了人们的生活方式。塑料经过风力、洋流、紫外线等物理化学作用后,被分解成粒径小于5mm的微塑料,其引发的环境问题得到了全世界的关注 。微塑料具有比表面积大、疏水性强等特点,极易吸附水中的有机污染物,吸附量高达环境浓度的100万倍,污染物可通过食物链逐级积累,从而输送到高级生物体内,影响生物体生命行为。微塑料还可能释放某些污染物,从而对环境造成潜在风险。因此,了解微塑料在环境中的归趋和行为是非常重要的。

  海洋作为微塑料最主要的汇,目前已有大量关于海水中微塑料的研究,甚至在海盐等非生物海产品中也发现了微塑料。近年来,人们对淡水环境中微塑料的研究逐步增多,但主要集中在湖泊等大型流域,如太湖、洞庭湖等,对城市内河的研究极少,特别是江南水乡这种长度短、水深浅、流速缓的小型河道,因此迫切需要了解小型河道的微塑料污染状况。

  苏州是长江三角洲和太湖流域重要的城市之一,也是经济最为发达的城市之一。本研究立足于苏州古城区,调查了古城区22条河流的微塑料污染水平,旨在为制定城市内河微塑料污染防治策略提供数据支持和技术支撑。

  采样点位于苏州古城区(姑苏区),地处长江三角洲和太湖流域,面积为85.1km2,常驻人口95.8万人。选取古城区22条河流并布置采样点,苏州古城共设置了4个水门:平门、楼门、蛇门和阊门,为了引水入城和排水,横向连通阊门和娄门,纵向连通平门和蛇门。阊门正处于22条河道的中心位置,因此以阊门为中心,将四周分为A(序号1~6)、B(序号7~12)、C(序号14)、D(序号15~22)四个区域。河道基本参数如表1所示,均无黑臭现象。

  从水体以下0~5cm处收集表面水于5L的样品罐中,在每个位置采集3个样本,并于4℃下保存,以进一步分析地表水中的微塑料。所使用工具和容器都用纯水(过0.45μm玻璃纤维滤膜)洗涤,避免污染水样。

  采用两步过滤法从所收集的水样中提取微塑料。首先量取2L水样,并用真空抽滤系统将水中的颗粒过滤到玻璃纤维滤膜上(0.45μm)。然后使用100mL体积分数为30%过氧化氢将滤膜上的颗粒冲洗到锥形瓶中,密封,放于65℃的振荡培养箱中,设置转速为100r/min,反应72h以消化有机物(反复3次)。待反应完全后,再次进行抽滤,将滤膜保存于直径为60mm培养皿中,以待进一步检测。

  采用尼康正置显微镜对可疑的微塑料进行观察,放大倍率为40倍。微塑料根据颜色、粒径和形状进行分类。其中,颜色分为红色、黑色、蓝色、无色;形状分为纤维、颗粒、薄膜和碎片;粒径分为0~10、10~20、20~30、30~40、40~50μm。

  从每个滤膜的中心区域随机选择1~2个粒子,在FT-IR衰减全反射模式、分辨率为4 cm-1、扫描时间为32s等条件下测量聚合物的组成。将光谱图用OMNIC软件进行处理,并与谱图库(Hummel Polymer Sample Library等)进行比较,以验证聚合物类型,判断其是否属于微塑料。将匹配率达到80%的聚合物认定为微塑料,重新计算微塑料数量。

  微塑料测定结果如图1所示。苏州古城区微塑料丰度值为3.50~12.00个/L,均值为(7.15±2.52)个/L。在22个水样中,丰度较高的河流集中在A区和D区,如青龙桥[(11.67±0.24)个/L]、银杏桥[(12.00±0.82)个/L]、兴市桥[(11.00±0.82)个/L],而丰度较低的区域集中在B区和D区,如阊门[(3.50±0.71)个/L]、沧浪亭桥[(3.50±0.71)个/L]和泰让桥[(3.50±0.41)个/L]。C区只有一条河流,丰度[(5.00±0.82)个/L]不具可比性,其他三个分区的丰度均值排序为ADB,依次为(8.58±1.67)、(7.02±2.80)、(6.36±2.10)个/L。

  古城区处于市中心地带,且景点较多(如平江路、山塘街、园林等),人口流动活跃,因此人为活动是本地区微塑料污染的重要因素。江南水乡雨量充沛,年平均降雨量可达1100mm,加之古城区河道管网错综复杂,加大了地表径流将陆地微塑料带入河道中的概率。国内部分内陆水体的微塑料分析结果如表2所示。可见,苏州古城区的微塑料丰度与丹江口和扬子江接近,远高于岷江、椒江、瓯江和扬子江(沿海水域),最高可达到10 倍。洞庭湖和洪湖的平均丰度比瓯江和椒江高1~3.4 倍,表明大型湖泊的平均微塑料含量要比沿海水域高,而小型河道(江南水乡)又比大型湖泊(洪湖)的丰度高3~6倍,表明城市小型河流是微塑料的潜在来源。

  微塑料颜色分布如图2所示,A和D区域黑色占比较高,分别达到9.74%和12.01%,B区域丰度较高的是无色,占比为8.25%,C区域黑色占比较高为1.30%。整个区域黑色占比相比于其他颜色高,达到30.79%,红色、无色和蓝色占比分别为19.05%、21.59%、28.57%。如表2所示,其他内陆水体主要以彩色为主。塑料在维持人们现代生活的舒适性方面起着重要作用,而着色是提高塑料产品市场吸引力的常用手段,因此彩色的微塑料占绝大多数。江南水乡水运交通发达,画舫游船是江南水乡的特点,黑色的微塑料可能来自游船的绳索材料,也可能是上游的微塑料顺着水流传到下游。

  微塑料形状按碎片、薄膜、颗粒、纤维分类,以纤维为主,比例达到85.40%,其次是颗粒状(5.40%)、碎片(5.40%)和薄膜(3.80%)。如图3所示,A、B、C、D四个区域纤维状的微塑料占比最高,分别达到27.62%、24.44%、2.86%和30.47%。生活污水排放是纤维的主要来源,且80%以上的纤维是合成纤维。地表径流和空气携带的纤维型微塑料,在短期内能显著提高小型水体中纤维的浓度,这些纤维一旦进入水体并发生扩散,就会影响整个河网的微塑料污染特征。

  整个区域中微塑料粒径均小于50μm(见图4),且30~40μm的微塑料数量最多。微塑料的粒径分布如图5所示,0~10、10~20、20~30、30~40和40~50 μm占比分别为22.50%、24.38%、26.25%、15.00%和13.75%。该结果比先前研究的微塑料粒径小很多,如扬子江只测了500μm以上的微塑料,忽略了小于500μm的微塑料。小尺寸微塑料颗粒的比例高可能是因为大塑料可以分解成更小的碎片。纤维是主要类型,可以推断大多数检测到的微塑料是由较大的塑料制品产生的。塑料颗粒越小,越容易在食物链中传递,可能对水生生物构成潜在威胁。

  ①江南水乡22条小型河道地表水样中的微塑料丰度为3.50~12.00个/L,平均值为(7.15±2.52)个/L,比沿海水域和内陆大型湖泊的丰度高。微塑料主要类型为颜色各异的纤维、颗粒、薄膜和碎片。纤维状(85.40%)和黑色(30.79%)的微塑料占比最高。100%的微塑料粒度均在50μm以下,20~30μm占比最高为26.25%,40~50μm占比最低为13.75%。

  ②水文条件和人文因素是影响微塑料空间分布的主要因素。古城区微塑料丰度较高,表明人口密集、河流错综复杂、降雨充沛、高度城市化地区的微塑料污染水平较其他地区要高得多。

  (1.苏州科技大学 环境科学与工程学院,江苏 苏州 215009;2.清华大学 环境学院,北京 100084;3.上海生态景观水环境工程技术研究中心,上海 200031;4.上海市园林设计研究总院有限公司,上海 200031)

  吴香香,李大鹏,贾海峰,等.江南地区缓流水体中微塑料的表现规律[J].中国给水排水,2022,38(3):62-66.

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