太湖流域持久性全氟有机污染物动态模拟与生态风险评估

Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) and related substances have received substantial attention, primarily due to abundant applications, environment persistence, and potential threats to ecological and human health. Recent studies have shown the elevated levels of PFOS in and around the Taihu Lake. Taihu Lake is the third largest freshwater lake in China and a major water resource for the developed Eastern area affecting more than 34 million people. A mega-fluorochemical industrial park (FIP) as the major PFOS source located on the bank of the Yangtze river. On top of long-range transport, there is a risk that PFOS discharged from the FIP transferred into Taihu Lake via the Wangyuhe River by an important engineering approach i.e. water transfer from the Yangtze River to Taihu Lake. The purpose of this study is to explore the environmental fate and transport of PFOS from FIP to Wangyuhe River and eventually in Taihu Lake with emphasis on (i) investigating emission, occurrence, and multimedia diffusion of PFOS; (ii) hydrodynamic modelling of spatial and temporal distribution of PFOS in air, soil, fresh water, and freshwater sediment; (iii) elucidating how extreme weather and water transfer influence the hydrodynamic process and diffusion of PFOS; (iv) designing scenarios to assess the ecological risk of PFOS in surface water, in particular accident emission. The study is expected to provide implications for local management of PFOS pollution in the Taihu Lake and to develop a general model framework for the evaluation of PFOS in water resource management.

本研究面向持久性全氟有机污染物全氟辛烷磺酸（PFOS）带来的水源地安全威胁，选择氟化工业园-望虞河-太湖贡湖水源地为研究区域，开展流域尺度PFOS动态模拟与生态风险评估研究。研究拟采取野外观测、实验分析、统计分析、理论建模、优化模拟等研究方法，通过水文、水资源、环境科学、遥感等多学科交叉融合，从机理机制入手，深入调查PFOS的污染源和在不同介质中的输入特征，表征其迁移和扩散的物理过程，挖掘多时空尺度下PFOS对环境因子的响应机制，识别关键环境变量，量化PFOS季节性动态分布；构建水文-水动力-水质-人为调控多过程耦合模型，定量解析特殊天气和调水工程等对PFOS分布和累积的时空叠加效应；基于上述量化结果及响应机制，综合考虑生态风险评估结果以及调水、排水等人为调控，预测不同排放情景尤其是事故排放下PFOS的动态时空分布，为生态健康和水源地安全提供科学依据。

持久性全氟有机污染物（PFAS），尤其是全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），因其化学惰性、耐热、疏油、疏水等特性，被广泛应用于灭火剂、感光材料表面处理剂、半导体工业清洁和表面处理剂、纺织等工业和民用领域；同时，因其具有高热稳定性和化学稳定性，可在环境中持久存在，并且几乎不被生物降解，已被列入新型持久性有机污染物。目前，PFAS的监测研究已成为众多科研工作者关注的热点问题。太湖地处长江三角经济发达区，是无锡和苏州地区的重要饮用水源之一。随着流域内经济的高速增长，受沿湖地区生活污水、工业废水和农业废水直接或间接排入的影响，太湖水体污染日趋严重，多种持久性有机污染物已在太湖水体中检出。江苏省常熟市于1999年建立了我国主要氟化工园区——中国氟化学工业园，该工业园濒临长江，与长江三角洲重要水源——太湖通过望虞河相连。望虞河是连接太湖和长江距离最短的流域性河道，工程主要任务为排洪、除涝、引水和航运。“引江济太”通过望虞河常熟水利枢纽引长江水，由望亭水利枢纽入太湖，增加流域水资源有效供给，缓解地区用水矛盾并改善太湖水质。本课题针对该园区PFAS排放和在环境中多年蓄积的现实问题，面向PFAS可能通过“引江济太”进入太湖从而带来水源地安全威胁，采取野外观测、实验分析、统计分析、理论建模、优化模拟等研究方法：1）深入调查了从氟化工业园-望虞河-太湖贡湖水源地的PFAS污染的时空分布特征，其中，2020年夏季洪水期的调查为定量解析特殊天气下污染物输移记录了真实观测数据；2）估算了各种调水模式下PFAS通过望虞河不同流向的通量，探究了水力调控对污染物输移和通量的影响；3）研究分析了不同PFAS浓度结构和梯度下、不同官能团、碳链长度等对微生物群落结构的时空分布规律的影响，探讨微生物群落结构、多样性的动态变化，评估PFAS的生态风险，为生态健康和水源地安全提供科学依据。