杜李惠

【摘要】針對(duì)淮河河南段地表水表層沉積物進(jìn)行調(diào)查研究，得到沉積物中黑碳含量的范圍，與國內(nèi)外沉積物中黑碳的研究結(jié)果進(jìn)行比較，以了解研究區(qū)域黑碳含量水平的相對(duì)程度。

【關(guān)鍵詞】黑碳；表層沉積物；主要成分分析

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與研究意義

1.1黑碳簡(jiǎn)介

黑碳（Black carbon， 簡(jiǎn)稱黑碳）是生物質(zhì)或化石燃料（煤、石油等）不完全燃燒所形成的一類含碳混合物殘?bào)w，普遍存在于環(huán)境中，其來源可分為自然源和人為源兩種。

由于黑碳的惰性和多空隙性，它能夠在環(huán)境中沉積，并最終通過傳輸、沉降作用進(jìn)入土壤、水體，繼而進(jìn)入水體表層沉積物中。因此對(duì)水體表層沉積物中黑碳的研究，能夠更準(zhǔn)確的反映出環(huán)境中黑碳的含量。

黑碳是疏水性有機(jī)污染物（HOCs）一個(gè)重要的攜帶者。多環(huán)芳烴（PAHs）是HOCs的一種，我們可以由沉積物中PAHs的來源分析，得以推測(cè)黑碳的來源以及黑碳對(duì)沉積物中PAHs的吸附所造成的影響。

1.2黑碳的研究進(jìn)展

黑碳作為一種污染物被人們作為環(huán)境問題進(jìn)行研究是在倫敦?zé)熿F事件之后，我國直到二十世紀(jì)九十年代才逐步開展黑碳的各種實(shí)驗(yàn)研究，起初研究主要集中在大城市大氣中黑碳的研究，對(duì)沉積物中黑碳的研究尚處起步階段。

1.3本實(shí)驗(yàn)的研究內(nèi)容及意義

我國由于經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)落后，煤和生物質(zhì)燃料大量使用，黑碳的排放量占到了全球排放量的1/4。對(duì)河南水體表層沉積物中黑碳的研究，有助于對(duì)河南黑碳排放來源做出初步的判斷，評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，對(duì)促進(jìn)河南省經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，具有非常重要和長遠(yuǎn)的意義。

2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

淮河流域地處中國東部，本文研究區(qū)域主要位于河南境內(nèi)的淮河上游河段，省界以上河長417 km，流域面積37752 km2。從淮源到洪河口為上游，集水面積3.06萬km2，河長364 km，落差178 m，占淮河總落差的89%。

2.2 樣品的采集、保存和前處理

2.1.1 樣品的采集和保存?；春雍幽隙螛悠罚哼x擇比較平直、流速相對(duì)緩慢、處于集中污染源的下游附近河道，在水位線以內(nèi)2m左右處采集淮河上游的河床底部0～20cm表層沉積物樣品，采集后即在零下20 ℃冷凍保存。

2.1.2 樣品的前處理。將樣品溫度升至室溫后取出，風(fēng)干均勻后篩除去殘余性顆粒，選取少許樣品做粒徑分析，其余部分進(jìn)行冷凍干燥后備用。

2.2 實(shí)驗(yàn)材料和儀器

2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料。鹽酸（HCL）、硫酸（H2SO4）、氫氟酸（HF）、重鉻酸鉀（K2CrO7）、實(shí)驗(yàn)用水。

玻璃器皿、瓷坩堝、分樣篩。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。元素分析儀、電子天平、自動(dòng)雙重純水蒸餾器、粒度測(cè)定儀、超聲振蕩儀、馬弗爐、心機(jī)、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

2.3分析方法

2.3.1 表層沉積物粒度分析原樣經(jīng)過充分混合后烘干，處理后上機(jī)測(cè)試。每個(gè)樣品平行測(cè)試三次取平均值，結(jié)果補(bǔ)充于粒徑分級(jí)分析。

2.3.2表層沉積物TOC分析?？傆袡C(jī)碳的測(cè)定用元素分析儀測(cè)定的方法。

2.3.3 表層沉積物黑碳分析。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)具體步驟如下：①樣品制備；②酸處理過程；③氧化處理過程；④分析黑碳含量；⑤樣品平行測(cè)定兩次，最后取平均值。

2.4 數(shù)據(jù)的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制（QA/QC檢驗(yàn)）

①每次實(shí)驗(yàn)均選取兩個(gè)平行樣品進(jìn)行，取平均值；②進(jìn)行回收率測(cè)定實(shí)驗(yàn)，分析損失；③選取粒徑差別較小的同一樣品進(jìn)行分析；④對(duì)儀器進(jìn)行校正，并加空白樣進(jìn)行分析。

3 淮河河南段水體表層沉積物中黑碳的研究

3.1 水體表層沉積物中黑碳的含量和分布

由對(duì)16個(gè)采樣點(diǎn)水體表層沉積物樣品中的黑碳進(jìn)行分析可知，淮河河南段水體表層沉積物各個(gè)采樣點(diǎn)黑碳的總含量范圍為0.049～1.281 %，平均值為0.284 %。

支流沉積物中黑碳含量明顯高于干流中的含量，這和黃河河南段水體表層沉積物中黑碳含量相類似。干流自上而下表層沉積物中黑碳含量有逐漸增大的趨勢(shì)，可能是由于干流沉積物中黑碳含量自上而下逐漸積累，且水庫容納了周圍大量的污染物有關(guān)，同時(shí)受到其它因素的影響。

3.2 黑碳含量和TOC以及PAHs之間的相關(guān)性

3.2.1 黑碳與TOC之間的相關(guān)性分析。采用極差誤差法分析出兩個(gè)離群點(diǎn)，除去這兩個(gè)點(diǎn)，采用SPSS分析，表明淮河河南段水體表層沉積物中黑碳含量和TOC含量之間存在著顯著的相關(guān)性，Pearsin相關(guān)系數(shù)為r=0.882（α<0.01）。這表明沉積物中TOC含量和黑碳之間具有相似的來源。

3.2.2 黑碳與PAHs之間的相關(guān)性分析?；春雍幽隙嗡w表層沉積物中16種PAHs的總含量范圍為95.2（T—6） ～935.2（T—7） ng/g，平均濃度為400.5 ng/g?；春雍幽隙嗡w表層沉積物中PAHs的含量整體高于黃河河南段，淮河河南段受到PAHs的污染相對(duì)較高。

根據(jù)PAHs不同組分形成條件和來源的不同，將在中高溫度條件下燃燒形成的PAHs稱為燃燒性PAHs，其它種類的在中低溫度條件下的PAHs稱之為“非燃燒性”PAHs。

利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法分析淮河河南段水體表層沉積物中黑碳和PAHs含量之間的相關(guān)性，黑碳和PAHs總含量以及PAHs的各種組分含量之間的相關(guān)性總體可得結(jié)果如下：①黑碳和PAHs的總含量之間表現(xiàn)出顯著相關(guān)；② 與黑碳表現(xiàn)出明顯相關(guān)的各種PAHs主要屬于4～6環(huán)的高環(huán)化合物，屬于燃燒性PAHs；③ 體表層沉積物中黑碳和這些燃燒性PAHs之間的相關(guān)性初步表明，該區(qū)域水體沉積物中黑碳主要伴隨于PAHs在中高溫度條件下形成。

初步表明黃河河南段和淮河河南段水體表層沉積物中黑碳有著不同的來源條件，即伴隨于不同溫度條件下形成的PAHs而產(chǎn)生。

3.3沉積物中黑碳的可能來源分析

環(huán)境中的PAHs和黑碳具有相同或相似的來源，根據(jù)黑碳和PAHs各組分之間的相關(guān)性，從中可以推斷出黑碳的可能形成來源。

3.3.1 沉積物中PAHs的組成特征和來源分析。把PAHs以不同的環(huán)數(shù)進(jìn)行分類，并用來表明各采樣點(diǎn)PAHs的不同組成特征。

淮河河南段水體表層沉積物中PAHs最主要的組成部分是4環(huán)的PAHs化合物，占總量一半以上，表明淮河河南段水體表層沉積物中PAHs含量主要以中高溫條件下燃燒產(chǎn)生來源為主。

在淮河河南段水體表層沉積物中黑碳主要來源于煤、木材的燃燒，其余少數(shù)采樣點(diǎn)來源于石油排放、泄漏和石油燃燒等。

淮河河南段流域是重要的產(chǎn)煤區(qū)，同時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也消耗大量的煤炭，流域周圍存在著大量的火力發(fā)電廠、石油化工、紡織化纖、冶煉冶金等工業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，向環(huán)境中排放了大量的黑碳。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）淮河河南段水體表層沉積物中黑碳含量的范圍為0.049～1.281 %，平均值為0.284 %。黑碳含量最大值位于支流潢河上的潢川水文站，最小值位于支流浉河上的琵琶山橋。

（2）表層水體沉積物中TOC在決定沉積物中黑碳的含量和分布上起著重要的作用。

（3）黑碳和PAHs的總含量之間表現(xiàn)出顯著相關(guān)，表層沉積物中的黑碳影響著表層沉積物中PAHs各種組分的含量和分布。

（4）結(jié)合黑碳與PAHs的相關(guān)性分析，可以推斷出黑碳來源于中高溫條件下煤炭、木柴以及石油及其精煉產(chǎn)品的不完全燃燒和少部分柴油的泄露。

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