河道治理對水體沉積物中微塑料污染的影響

2022-10-18 11:03:04江中林

水利科技與經濟 2022年10期

江中林

(福建省興禹源水利工程設計有限公司，福州 350000)

1 概述

當塑料的粒徑在5 mm以下時，就被稱為微塑料，微塑料在自然界中無處不在，是一種被新定義的污染物。若微塑料存在于溪流水庫等生態系統里，則會間接或直接地進入食物鏈，進入到生物體內，威脅到人類和動物的人身安全[1]。為了正確全面分析生態自然環境受到微塑料的影響程度，需要對其潛在來源、分布等特征進行研究。最先研究微塑料是從海洋開始的[2]，而微塑料對大陸生態環境的影響卻鮮有人研究和報道，但隨著國家環保意識的日益增強，該類研究也逐漸增多。對德國萊茵河[3]、南溫帶城市河流[4]以及加拿大勞倫斯大湖[5]等城市河流的研究調查發現，微塑料在大陸河流中也廣泛存在。中國疆土遼闊，有著長江、黃河等內陸河流，目前國內主要以黃浦江、長江、丹江、三峽水庫等為微塑料的主要研究對象。學者研究以上水環境發現，影響環境中微塑料的分布和成分的因素有很多，有可能存在耦合的現象，人類的各種工業活動和生活活動都會對其成分和分布造成影響；并且水力特性和河道水溫也會對此造成影響。

近些年，我國對內地多條河流進行了整治。為了改善國內淡水河的質量，減低其污染度，明顯提高了河道特性[6]。本文以將樂縣南部的池湖溪河道作為研究對象，分析河道沉積物中微塑料的形狀、顏色和分布等特征，對于我國微塑料污染研究的發展有推動作用，對池湖溪的生態環境保護也有十分重要的意義。

2 研究手段

2.1 采樣點與河道工況

治理河道為池湖溪，流域主要呈現為樹枝狀，位處將樂縣南部，始自明溪和將樂相交處的鐵嶺，流向自西向北，途徑將樂縣南口鎮、白蓮鎮。河道坡降平均7.8‰，主河道長39 km，流域面積388 km2。本次研究根據河道不同部位的特征不同，選取10個采樣點。沒有經過河道治理的上游選一個采樣點Q1，下游布置3個采樣點(Q8～Q10),剩下的采樣點根據河道的治理方案進行布置，Q2～Q7布置于截污納管、駁岸處理工程段。

2.2 樣品采集

試驗采樣時間為2021年6月，研究的地理坐標覆蓋范圍是池湖溪，為金溪的一級支流，E117°18′23″-E117°24′20″，N26°27′3″-N26°39′31″。利用不銹鋼鏟子在河道兩岸進行采樣，采樣要求隨機均勻，取深度約為0～2 cm的沉積物作為試驗樣品，并借助GPS定位系統對采樣精準定位和記錄。用鋁箔密封袋在每處站點裝取5 kg沉積物作為樣品，密封標號后快速送往實驗室，保存溫度設置在4℃以下。

2.3 樣品預處理

試驗前對樣品進行預處理，浮選處理液選用H2O2和NaCl相結合。樣品處理后，分別裝在不同容器中，覆蓋鋁箔，在干燥箱中放置24 h進行干燥處理，干燥溫度設為60℃。待樣品水分揮發完全，將其均勻混合在一起，并過5 mm的不銹鋼篩子，稱取100 g過篩后的樣品，設置平行樣3組，向其中加入飽和的NaCl溶液，加入后攪拌2 min，保證混合均勻，之后再蓋上鋁箔放置一天，采用尼龍膜將上清液過濾掉，尼龍膜孔徑0.4 μm。過濾后，把飽和氯化鈉溶液再次加入到剩余的沉積物當中，之后繼續過濾上清液，重復此過程兩次，這是為了在更大限度上取出微塑料[7]。結束浮選后，把尼龍膜上的過濾物完整地放到燒杯里，倒入H2O2溶液(質量分數為30%)，放進80 r/min、65℃的搖床中搖晃震蕩一天，讓其充分消解。再次用同樣規格的尼龍膜對消解后的溶液進行過濾，完成過濾后，把尼龍膜放到干燥潔凈的溫室中進行培養，這個過程要保持平穩又要迅速，干燥之后開始觀察和處理尼龍膜上的微塑料。

為了防止實驗人員受到塑料污染的傷害，整個實驗過程中，實驗人員都要穿好專用實驗服；并且用超純水清洗試驗會用到的容器和儀器，使用尼龍膜(0.4 μm)對試驗中使用的溶液進行過濾，未發現微塑料出現在一起進行實驗的對照組中。

2.4 觀察與分析成分

觀察微塑料時，借助解剖針、無齒鑷子以及電子顯微鏡等工具，同時進行拍照。按照照片中呈現的物體特征，如光滑度、透明度、表面結構、形狀和顏色等，把可疑的微塑料挑選出來，并按形狀和顏色等特征進行分類統計。準備好干凈的尼龍膜，將挑選出的微塑料放置上面，借助光譜儀來準確鑒定出塑料的成分。鑒定過程中選用透射模式，會得出其官能團表征和組成成分，把圖譜放入到圖庫里進行比對，若相似度在70%以上，則認定鑒定成功。依據最后的鑒定結果，對微塑料的成分、顏色等特征進行確定。

3 結果分析與討論

3.1 分析微塑料的顏色

對池湖溪河道沉積物中微塑料的顏色進行分析后發現，微塑料的顏色從少到多分別為：綠色(2%)、紅色(5%)、黑色(5%)、藍色(5%)、無色(11%)、黃色(32%)和白色(35%)，以及其余沒有辦法正確描述的顏色(5%)。以上的占比百分數均是通過數量占比確定的，其中黃色和白色微塑料的數量最多，占比總和67%；綠色最少，僅有2%。微塑料顏色分布特征因其來源不同而有所差異，進入自然環境后的微塑料，受環境因素影響，顏色也會發生變化。通常來說，當黃色微塑料的數量較多、占比數大時，可側面表明在沉積物中該種微塑料的存在時間較為久遠。表1為各采樣處的微塑料顏色分布。

3.2 分析微塑料的形狀

對河道沉積物中微塑料的形狀進行統計，統計結果匯總見表2。從表2中可以看出，形狀占比從低到高依次為泡沫狀(4%)、顆粒狀(5%)、碎片狀(6%)、薄膜狀(24%)、纖維狀(61%)，其中薄膜狀和纖維狀微塑料的含量遠遠大于其他形狀，纖維狀和薄膜狀微塑料豐度遠高于其他形狀。本次試驗中所得的微塑料呈現出卷轉或線狀，韌性強，不容易發生斷裂，更有可能是衣物纖維通過污水處理系統或污水管網直接排入河道。

3.3 分析微塑料的粒徑

對池湖溪河道沉積物中微塑料的粒徑進行分析，統計結果匯總見表3。從表3可見，汾河太原城區段微塑料粒徑的整體分布占比由高到低依次為3 000～<5 000(3%)、2 000～<3 000(11%)、1 000～<2 000(23%)、500～<1 000(36%)、0～<500 μm(27%)。同時發現，微塑料在沉積物中，粒徑越小含量越多，這一趨勢與其他學者的結論相一致。

表1 各采樣點的顏色分布

表2 各采樣點的形狀分布

表3 各采樣點的粒徑占比

3.4 分析微塑料的成分

表4為池湖溪河道沉積物中微塑料的成分表。從表4可以看出，占比最多的成分是聚酯纖維和人造絲，分別為22%和23%，并且二者的顏色較為豐富，剩下的各類成分占比都比較少。同樣從表4可知，微塑料來源主要為紡織物、裝飾材料以及包裝材料。表5為各取樣點微塑料的成分分布。從表5中可以看出，河道各處微塑料成分有較大的差異。在Q1處，成分主要是聚酯纖維、聚丙烯等。微塑料成分在Q7、Q4處較為豐富，可能與周圍環境和設施有關。