河道治理对水体沉积物中微塑料污染的影响

2022-10-18江中林

水利科技与经济 2022年10期

江中林

(福建省兴禹源水利工程设计有限公司，福州 350000)

1 概述

当塑料的粒径在5 mm以下时，就被称为微塑料，微塑料在自然界中无处不在，是一种被新定义的污染物。若微塑料存在于溪流水库等生态系统里，则会间接或直接地进入食物链，进入到生物体内，威胁到人类和动物的人身安全[1]。为了正确全面分析生态自然环境受到微塑料的影响程度，需要对其潜在来源、分布等特征进行研究。最先研究微塑料是从海洋开始的[2]，而微塑料对大陆生态环境的影响却鲜有人研究和报道，但随着国家环保意识的日益增强，该类研究也逐渐增多。对德国莱茵河[3]、南温带城市河流[4]以及加拿大劳伦斯大湖[5]等城市河流的研究调查发现，微塑料在大陆河流中也广泛存在。中国疆土辽阔，有着长江、黄河等内陆河流，目前国内主要以黄浦江、长江、丹江、三峡水库等为微塑料的主要研究对象。学者研究以上水环境发现，影响环境中微塑料的分布和成分的因素有很多，有可能存在耦合的现象，人类的各种工业活动和生活活动都会对其成分和分布造成影响；并且水力特性和河道水温也会对此造成影响。

近些年，我国对内地多条河流进行了整治。为了改善国内淡水河的质量，减低其污染度，明显提高了河道特性[6]。本文以将乐县南部的池湖溪河道作为研究对象，分析河道沉积物中微塑料的形状、颜色和分布等特征，对于我国微塑料污染研究的发展有推动作用，对池湖溪的生态环境保护也有十分重要的意义。

2 研究手段

2.1 采样点与河道工况

治理河道为池湖溪，流域主要呈现为树枝状，位处将乐县南部，始自明溪和将乐相交处的铁岭，流向自西向北，途径将乐县南口镇、白莲镇。河道坡降平均7.8‰，主河道长39 km，流域面积388 km2。本次研究根据河道不同部位的特征不同，选取10个采样点。没有经过河道治理的上游选一个采样点Q1，下游布置3个采样点(Q8～Q10),剩下的采样点根据河道的治理方案进行布置，Q2～Q7布置于截污纳管、驳岸处理工程段。

2.2 样品采集

试验采样时间为2021年6月，研究的地理坐标覆盖范围是池湖溪，为金溪的一级支流，E117°18′23″-E117°24′20″，N26°27′3″-N26°39′31″。利用不锈钢铲子在河道两岸进行采样，采样要求随机均匀，取深度约为0～2 cm的沉积物作为试验样品，并借助GPS定位系统对采样精准定位和记录。用铝箔密封袋在每处站点装取5 kg沉积物作为样品，密封标号后快速送往实验室，保存温度设置在4℃以下。

2.3 样品预处理

试验前对样品进行预处理，浮选处理液选用H2O2和NaCl相结合。样品处理后，分别装在不同容器中，覆盖铝箔，在干燥箱中放置24 h进行干燥处理，干燥温度设为60℃。待样品水分挥发完全，将其均匀混合在一起，并过5 mm的不锈钢筛子，称取100 g过筛后的样品，设置平行样3组，向其中加入饱和的NaCl溶液，加入后搅拌2 min，保证混合均匀，之后再盖上铝箔放置一天，采用尼龙膜将上清液过滤掉，尼龙膜孔径0.4 μm。过滤后，把饱和氯化钠溶液再次加入到剩余的沉积物当中，之后继续过滤上清液，重复此过程两次，这是为了在更大限度上取出微塑料[7]。结束浮选后，把尼龙膜上的过滤物完整地放到烧杯里，倒入H2O2溶液(质量分数为30%)，放进80 r/min、65℃的摇床中摇晃震荡一天，让其充分消解。再次用同样规格的尼龙膜对消解后的溶液进行过滤，完成过滤后，把尼龙膜放到干燥洁净的温室中进行培养，这个过程要保持平稳又要迅速，干燥之后开始观察和处理尼龙膜上的微塑料。

为了防止实验人员受到塑料污染的伤害，整个实验过程中，实验人员都要穿好专用实验服；并且用超纯水清洗试验会用到的容器和仪器，使用尼龙膜(0.4 μm)对试验中使用的溶液进行过滤，未发现微塑料出现在一起进行实验的对照组中。

2.4 观察与分析成分

观察微塑料时，借助解剖针、无齿镊子以及电子显微镜等工具，同时进行拍照。按照照片中呈现的物体特征，如光滑度、透明度、表面结构、形状和颜色等，把可疑的微塑料挑选出来，并按形状和颜色等特征进行分类统计。准备好干净的尼龙膜，将挑选出的微塑料放置上面，借助光谱仪来准确鉴定出塑料的成分。鉴定过程中选用透射模式，会得出其官能团表征和组成成分，把图谱放入到图库里进行比对，若相似度在70%以上，则认定鉴定成功。依据最后的鉴定结果，对微塑料的成分、颜色等特征进行确定。

3 结果分析与讨论

3.1 分析微塑料的颜色

对池湖溪河道沉积物中微塑料的颜色进行分析后发现，微塑料的颜色从少到多分别为：绿色(2%)、红色(5%)、黑色(5%)、蓝色(5%)、无色(11%)、黄色(32%)和白色(35%)，以及其余没有办法正确描述的颜色(5%)。以上的占比百分数均是通过数量占比确定的，其中黄色和白色微塑料的数量最多，占比总和67%；绿色最少，仅有2%。微塑料颜色分布特征因其来源不同而有所差异，进入自然环境后的微塑料，受环境因素影响，颜色也会发生变化。通常来说，当黄色微塑料的数量较多、占比数大时，可侧面表明在沉积物中该种微塑料的存在时间较为久远。表1为各采样处的微塑料颜色分布。

3.2 分析微塑料的形状

对河道沉积物中微塑料的形状进行统计，统计结果汇总见表2。从表2中可以看出，形状占比从低到高依次为泡沫状(4%)、颗粒状(5%)、碎片状(6%)、薄膜状(24%)、纤维状(61%)，其中薄膜状和纤维状微塑料的含量远远大于其他形状，纤维状和薄膜状微塑料丰度远高于其他形状。本次试验中所得的微塑料呈现出卷转或线状，韧性强，不容易发生断裂，更有可能是衣物纤维通过污水处理系统或污水管网直接排入河道。

3.3 分析微塑料的粒径

对池湖溪河道沉积物中微塑料的粒径进行分析，统计结果汇总见表3。从表3可见，汾河太原城区段微塑料粒径的整体分布占比由高到低依次为3 000～<5 000(3%)、2 000～<3 000(11%)、1 000～<2 000(23%)、500～<1 000(36%)、0～<500 μm(27%)。同时发现，微塑料在沉积物中，粒径越小含量越多，这一趋势与其他学者的结论相一致。

表1 各采样点的颜色分布

表2 各采样点的形状分布

表3 各采样点的粒径占比

3.4 分析微塑料的成分

表4为池湖溪河道沉积物中微塑料的成分表。从表4可以看出，占比最多的成分是聚酯纤维和人造丝，分别为22%和23%，并且二者的颜色较为丰富，剩下的各类成分占比都比较少。同样从表4可知，微塑料来源主要为纺织物、装饰材料以及包装材料。表5为各取样点微塑料的成分分布。从表5中可以看出，河道各处微塑料成分有较大的差异。在Q1处，成分主要是聚酯纤维、聚丙烯等。微塑料成分在Q7、Q4处较为丰富，可能与周围环境和设施有关。