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摘要:[目的] 了解武汉市长江和汉江为水源的末梢水中有机物的污染谱系,为汉江和长江水体污染监测与治理,以及其饮用水有机物污染危险性评价提供资料和依据。 [方法] 于丰水期和枯水期分别采集武汉市汉江和长江为水源的末梢水水样,用XAD-2和XAD-8等比例混合树脂(XAD-2/8)富集水样中的有机污染物,用GC/MS方法分析各样品的有机物组成。
[结果] 在本实验条件下,以汉江为水源的末梢水,在丰水期和枯水期分别检测出有机物110种和102种。以长江为水源的末梢水,在丰水期和枯水期分别检测出有机物79种和95种。污染物中以烷烃、烯烃、卤代烃、酯类、邻苯二甲酸酯类为主。汉江水源末梢水有机物种类无论是在枯水期还是丰水期均明显多于长江水源的末梢水。
[结论] 武汉市以汉江和长江为水源的末梢水受到一定程度的有机物污染,污染物种类复杂且来源广泛,应引起人们的高度重视。
关键词: 大孔吸附树脂; 饮用水; 有机污染物; 气质联用; 优先控制物中图分类号:R 123.1 文献标志码:
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Spectrum analysis on organic pollutants in drinking water out of Han River and Yangtze River water sourcesin Wuhan City
XIANG Lun-hui1, GUO Zu-peng1,LI Ming-zhu1, YUAN Guo-ping1, WU Zhi-gang2�
(1. Baoshan Center for Disease Control and Prevention, Shanghai 201901, China; 2. Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Hubei 430030, China)
Abstract:[Objective] Toinvestigate the kinds of organic pollutants extracted from tap water out of Wuhan Han River and Yangtze River water sources. The results would help to provide more reliable data and evidence for monitoringpollution of Han River and the Yangtze River waterand assessing the hazard of organic pollutants in drinking water out of the river water sources.
[Methods]XAD-2 and XAD-8 equal proportion mixed resins (XAD-�2/8�) were used to concentrate organic pollutants contained intap water out of Wuhan Han River and Yangtze River water sources during high flow and low water season.The organic pollutants were detected by GC/MS and the types of organic pollutants were comparedin different water samples.
[Results] The results of GC/MS showed that the amount of organic pollutants detected in tap water out of Han River water source during high flow and low water season was110 and 102 respectively, the amount of organic pollutants detected in tap water out of Yangtze River water source duringhigh flow and low water season was79 and 95 respectively.The major kinds of organic compoundswere diolefine, alkene, halogenated hydrocarbon, ester and phthalate.
[Conclusion] The tap water out of Han and Yangtze River water sourceswas both polluted by organic matters, furthermore, the pollutants were found to be complex in variety and originatedfrom extensive sources, which should arouse the attention of the government and the people.
Key words: Macroporous absorptive resins; Drinking water; Organic pollutants; GC/MS; Control chemicals in priority
饮用水中的有机污染物,可对人体健康造成潜在的威胁,因此,监测饮用水中的有机污染物情况显得尤为重要。气相色谱/质谱联用(GC/MS)技术能够有效地分离和鉴定水中的复杂组分。世界各国先后提出的优先污染物(即出现频度高及毒性大的物质)总计已多达900余种,但均是全国性或地区性的。实际上,不同水体的具体污染源并不相同,其优先污染物也是不相同的。因此,对不同水体优先监测、优先管理、优先控制的污染物亦应有所区别。武汉市是我国华中地区的特大城市,汉江和长江是武汉市城区的饮用水水源,为了解两个水源的管网末梢水中有机污染物种类分布和变化情况,并确定该水体的优先污染物,我们于丰水期和枯水期分别采集武汉市以汉江和长江为水源的末梢水水样,采用固相萃取技术提取末梢水中有机污染物,用GC/MS方法分析了各样品中的有机物组成,为污染控制和环境保护提供基础数据。��
1 材料与方法�
1.1 试剂与仪器
所用试剂乙醚、乙腈、甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷均为色谱级;XAD-2非极性树脂和XAD-8极性树脂均为美国Sigma公司产品;气相色谱/质谱联用仪为Agilent GC HP 6890/MS HP 5975。�
1.2 实验方法�
1.2.1 样品的富集
于丰水期和枯水期分别采集武汉市以汉江和长江为水源的末梢水水样各30 L,用XAD-2和XAD-8等比例混合的XAD-2/8复合树脂作吸附剂,将树脂装入内径1 cm,长约30 mL的玻璃层析柱中,并两端填玻璃棉。水样经过导管流入吸附柱中,调节流速为�10 mL/min�。富集完毕后,依次用1倍柱体积的甲醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷洗脱柱内有机物。洗脱液置于旋转蒸发仪浓缩,再放入真空干燥箱减压挥发,制成有机物干品,置于冰箱备用。空白样品的制备不富集水样,直接用甲醇、丙酮、乙醚、二氯甲烷各一床体洗脱,其余步骤同前。�
1.2.2 GC/MS 测试分析 色谱柱:HP-5 MS,30 m×250 mm×0.25 μm;载气:高纯氦气;柱流速:1 mL/min;检测器:质谱检测器;进样口温度:280℃;柱初温:40℃(保持5 min),然后以4℃/min升至280℃(保持5 min);质量范围:50～600 u;电离方式:EI;电子能源:70 eV;接口温度:280℃;离子源温度:200℃;四极杆温度:150℃;扫描方式:Scan(全扫描)。按上述分析条件调节仪器,仪器稳定后,有机物样品用1 mL正己烷充分溶解,然后取1 μL样品进行分析。
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2 结果
在选定的实验条件下,以汉江为水源的末梢水,丰水期和枯水期分别检测出有机物110种和102种。以长江为水源的末梢水,丰水期和枯水期分别检测出有机物79种和95种(表1)。��
表1 汉江和长江水源的末梢水中有机物种类比较�
有机物类别汉江丰水期枯水期
长江丰水期枯水期
烷烃41252019
烯烃10937
卤代烃41136
脂肪酸3433
醇11425
醛1112
酮7867
醚2100
酚2354
酯1491410
�邻苯二甲酸酯�861111
苯系物0336
胺4736
杂环31159
合计1101027995�
汉江水源末梢水中有机物种类无论是在枯水期还是丰水期均明显多于长江水源的末梢水。污染物中以烷烃、烯烃、卤代烃、酯类、邻苯二甲酸酯类为主。图1～图5为样品总离子色谱图。�
图1 空白对照总离子色谱图�
图2 丰水期汉江水源末梢水有机物总离子色谱图�
图3 丰水期长江水源末梢水有机物总离子色谱图�
图4 枯水期汉江水源末梢水有机物总离子色谱图�
图5 枯水期长江水源末梢水有机物总离子色谱图�
3 讨论
随着工、农业的发展,大量有机污染物进入水体,导致水源污染。常规废水处理工艺以去除水中的悬浮物、浑浊度、色度为主,对有机污染物去除相对不足,自来水的加氯消毒还形成了“三致物质”(致癌、致畸、致突变),对人体健康构成了潜在威胁,因此如何准确监测水中有机物显得极其重要。
XAD-2 树脂为非极性树脂,较适合吸附非极性有机物。XAD-8属于极性树脂,用于富集水中酚、酯、烷
烃、芳烃及含氯农药,也有效地用于富集腐植酸和富氏酸。本实验为了全面了解饮用水中有机污染物的种类,将XAD-2和XAD-8树脂等比例混合。实验结果显示,无论是丰水期还是枯水期,两种水源的末梢水中有机污染物种类复杂,这些物质绝大部分为人工合成化学品及其在环境中的降解产物和在氯化消毒过程中生成的氯化消毒副产物。
同一水源不同水文期的水样中有机物的种类不同,提示污染物的组成随时间变化而变化。但有些成分污染来源比较稳定,汉江和长江水源的末梢水中,分别有40和43种有机物在丰水期和枯水期均被检出。在两个水源不同水文期的末梢水中都检测到的物质有4种,分别是1-溴-11-碘烷烃、5-(4-吡啶)-1H-1,2,4-三唑-3-甲醛、邻苯二甲酸二丁酯、十二烷。这些有机物检出频度高,说明这些物质污染来源广泛,可能是武汉段长江和汉江水污染的特点,需要对这些物质的毒理学做进一步研究。1-溴-11-碘烷烃为卤代烃化合物,主要来源于塑料、有机材料、农药、医药、化学制剂、皮革、造纸等化工企业的“三废”,具有致癌、致突变、致畸作用。5-(4-吡啶)-1H-1,2,4-三唑-3-甲醛的化学结构复杂,可能是源水中的污染物经过复杂的化学反应生成,目前缺乏关于此物质的资料。邻苯二甲酸酯(酞酸酯)类为产量最大的人类制造的环境污染物之一,含美国EPA公布的优先控制污染物以及已确认的具致突变性和致畸性化合物。水体中邻苯二甲酸酯类主要来源于塑料制品加工业污染源的排放,大量使用塑料、塑料制品以及垃圾焚烧等。邻苯二甲酸酯类的污染已成为全球性的污染问题,我国多条江河均检测出该类物质。该类化合物是一类环境内分泌干扰物,进入人体后,与相应的激素受体结合,干扰血液中激素的正常水平的维持,影响人的生殖、发育和行为。 2006 年,Lathrup等分析了人乳中的邻苯二甲酸单酯与婴儿体内性激素水平间的关系,结果表明,邻苯二甲酸单乙酯、邻苯二甲酸单乙基己基酯、邻苯二甲酸单异壬酯与男孩体内的激素水平相关,它们可降低雄性激素的活力及Leydig细胞的功能。王明燕的研究表明,邻苯二甲酸酯类具有微核和染色体畸变效应,即具有潜在的致癌性和致突变性。本文检测的汉江、长江为水源的末梢水,邻苯二甲酸酯的检出种类与数量在检出的总有机物中占有相当大的比例。因此,水源水及其末梢水中邻苯二甲酸酯类化合物的污染,及其与水中有机物致癌、致突变和致畸作用的关系,也应引起人们的足够重视。
水体中的优先污染物是对污染源实行优先控制,对水环境实行优先监测的污染物。目前国内外大多通过半定量评分系统来确定某水环境的优先控制物,一般从污染物的量、检出频率、毒性、是否难以降解、流行病学资料等方面进行评价。根据美国环保局和我国提出的优先控制物,结合本实验中检测到的有机物,可以发现卤代烃、苯系物、苯酚、苯胺、邻苯二甲酸酯等可能成为武汉段长江和汉江水的优先控制物。
汉江和长江是武汉市城区饮用水的主要水源,此次实验表明,以汉江和长江为水源的末梢水受到一定程度的有机物污染,污染物种类复杂,主要来源于生活污水、化石燃料不完全燃烧产物、石油烃、塑料、有机材料、农药、医药、化学制剂、皮革、造纸等化工企业的“三废”和污水排放。虽然有机污染物在水中的浓度很低,但是长期饮用这些低浓度的有机污染物会对人群健康构成潜在威胁。要提高城市生活饮用水质量,笔者认为应该从以下几方面入手:① 抓好汉江和长江源头污水排放,完善环境保护法并加强执法力度,限污减排,对重污染的化工企业进行生产工艺的技术改造。加快污水处理技术研发,最大限度地降低有毒物质的排放。② 进一步改进饮用水处理工艺,解决饮用水的二次污染问题。③ 鉴于常规水处理工艺的局限性,建议水厂在考虑自身条件的基础上积极采用活性炭吸附、臭氧氧化及膜分离等饮用水深度处理技术,生产出更加优质的饮用水。��
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(收稿日期:2009-11-13)
