兰州地区典型持久性有机污染物环境行为初探

论文摘要

持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants, POPs）是一类具有难降解性、生物蓄积性、半挥发性和高毒性的天然或人工合成的有机物,对人体健康和生态环境存在着严重的威胁,POPs排放到环境中后,会在环境中各介质或不同介质之间经历各种迁移转化行为,这些行为过程对POPs的区域环境归趋及其人体暴露风险具有重要的影响作用。POPs的半挥发性使其易从土壤、水体挥发到大气环境中,并以蒸气形式存在于空气中或吸附于大气颗粒物上；POPs所具有的难降解性,使其一旦排到环境,能在环境介质中滞留较长的时间。POPs的上述两种特性,使其可以在环境中不断地挥发、沉降、再挥发,从而进行长距离迁移,导致其在全球各区域环境介质中的广泛存在。了解人类所处环境受POPs的污染状况、各种环境介质中POPs的污染浓度水平特征和分布规律,分析各种环境介质中POPs的污染来源、迁移过程及迁移能力是当今环境科学领域的热点和难点研究问题。兰州位于中国半干旱地区,常年有沙尘暴现象发生,且有着特殊的气象和地理条件,典型POPs在兰州地区的环境行为特征还有待揭示。做为典型POPs的有机氯农药（Organochlorine Pesticides, OCPs）曾在兰州地区被大量使用,且近期的研究表明环境介质中还存在这些农药残留。兰州重工业的发展、大量化石燃料的燃烧等都使得兰州地区典型POPs多环芳烃、二恶英等污染物的排放显著增加。本文以几种典型POPs作为目标化合物,研究了其在兰州地区环境中的大气、土壤污染浓度水平、气-土交换特征、长距离迁移和环境总持久性等环境行为,拟为半干旱的兰州地区典型POPs的生态风险评价及污染治理提供科学依据。研究方法及内容：采集兰州地区冬、春和夏季的大气样品和不同土地利用类型的表层土壤,分析总悬浮颗粒物（Total Suspended Particulate, TSP）浓度水平、大气和土壤中OCPs六六六（1,2,3,4,5,6-hexachlorocyclohexane, HCH或BHC）的α、β、γ和δ四种异构体以及滴滴涕（2,2-bis （4-Chlorophenyl）-1,1,1-trichloroethane, DDT）的主要异构体及衍生物4,4’-DDE、2,4’-DDT、4,4’-DDD和4,4’-DDT的含量及其季节变化趋势、大气中气态和颗粒态间的分配特征,利用滴滴涕和其主要衍生物之间的比例关系初步解析土壤中滴滴涕的源汇情况,通过与文献资料中的数据比较,分析近年来兰州地区大气和土壤中六六六和滴滴涕浓度水平的变化趋势,并与国内外城市相比该研究区域大气和土壤的污染程度；采用逸度的概念及逸度商和逸度分数的判断标准,初步研究兰州地区六六六和滴滴涕在气-土间的交换状态,并讨论了采用逸度商作为判断标准所存在的不确定性或潜在误差；借助TaPL3模型研究兰州地区典型POPs （2,3,7,8-TCDD、γ-HCH、BaP、HCB和p, p’-DDT）的长距离迁移潜力和环境总持久性及两者之间的关系,并与国外的同类研究结果进行了比较,以2,3,7,8-TCDD为例,对模型的关键参数和输出结果的不确定性进行研究。研究结论：（1）兰州地区大气中六六六和滴滴涕的浓度水平与文献数据比较发现,近年有较大幅度降低,与国内其他城市冬季和春季大气中的六六六和滴滴涕含量的比较,兰州市大气中六六六和滴滴涕的污染处于中下等级水平,大气受污染程度较轻。在采集的24个大气样品中,有10个可以满足大气总悬浮颗粒物TSP环境质量2级标准,样品的平均TSP质量浓度为426μg/m3；除了β-HCH外,其它几种污染物六六六及滴滴涕（a-HCH、γ-HCH、δ-HCH、2, 4’-DDT、4,4’-DDE、4,4’-DDD和4,4’-DDT）的气态浓度水平都是随着季节的更替而变化,气态浓度依次按冬季、春季和夏季增大,即随温度的升高而含量增加,表现出大气浓度对温度的依赖性。三个季度大气中六六六和滴滴涕均主要以气态形式存在,气态含量平均占了大气总含量的85%。（2）兰州地区2009年大部分土壤中六六六和滴滴涕的平均含量满足土壤环境质量标准值的一级,本部校区样点的滴滴涕含量超过一级标准,满足二级标准,说明自禁止使用六六六和滴滴涕以来,土壤中的残留量已经变的较低。其他城市相比,土壤中滴滴涕和六六六的残留量较低。由3月和6月的样品分析结果：土壤中六六六和滴滴涕含量的变化没有很明显的季节性。研究的6个样点中,有3个点的p, p’-DDT/p, p’-DDE比值大于1,其中安宁区河湾村苗圃的p, p’-DDT/p, p’-DDE的比值最大,推断该点可能存在禁用后新施用滴滴涕的可能。2009年兰州地区土壤中六六六的残留量较1982年下降了1-3个数量级,部分污染物较2004年也有所下降。（3）兰州地区典型POPs气-土交换研究表明：4,4’-DDD表现为从大气中向土壤净沉降,土壤从大气中吸收该污染物；δ-HCH的气-土交换已经达到或接近平衡状态；其余六种污染物（α-HCH、β-HCH、γ-HCH、2,4’-DDT、4,4’-DDE和4,4’-DDT）有明显偏离气-土平衡状态的趋势,推测其气-土交换状态是从土壤向大气中的净挥发,即土壤为源。（4）兰州地区典型POPs长距离迁移潜力（Long-Range Transport Potential, LRTP）和环境总持久性（Overall Persistence, Pov）研究结果表明：2,3,7,8-TCDD、γ-HCH、BaP、HCB和p, p’-DDT通过大气的特征迁移距离（Characteristic Travel Distance, CTD）分别为126、934、117、13307和122km,在大气中的总停留时间分别为1421、1082、1413、3949和1387d；通过水体的CTD分别为6633、119000、16249、16658和20667km,在水体中的总停留时间分别1584、1551、2711、4428和3988d；污染物的LRTP和Pov没有直接的联系；2,3,7,8-TCDD在大气中的CTD的分布比其在水体中的CTD分布更集中,在大气和水体中的总停留时间的分布则相似。与国外同类结果比较,通过大气的CTD明显偏低,其对应的Pov明显偏大；通过水体的CTD明显偏高,其对应的Pov稍小一些。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 前言
• 1.1 研究意义
• 1.2 研究目的
• 1.3 研究内容
• 第二章 研究现状
• 2.1 有机氯农药污染特征研究综述
• 2.1.1 有机氯农药的使用历史及现状
• 2.1.2 大气中有机氯农药污染特征的研究综述
• 2.1.3 土壤中有机氯农药污染特征的研究
• 2.2 有机氯农药气-土交换研究
• 2.3 长距离迁移潜力与环境总持久性模拟研究
• 第三章 兰州地区大气中有机氯农药污染特征研究
• 3.1 引言
• 3.2 研究方法
• 3.2.1 采样点的确定
• 3.2.2 样品的采集
• 3.2.3 试剂与材料
• 3.2.4 样品分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 TSP质量浓度变化趋势
• 3.3.2 大气中有机氯农药的季节分布特征
• 3.3.3 大气中有机氯农药的气-粒分配特征
• 3.3.4 兰州市大气中OCPs浓度的变化趋势
• 3.3.5 与国内其他城市大气中OCPs含量的比较
• 3.4 小结
• 第四章 兰州地区土壤中有机氯农药污染特征研究
• 4.1 引言
• 4.2 研究方法
• 4.2.1 采样点的确定
• 4.2.2 样品的采集
• 4.2.3 样品前处理及分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 土壤中有机氯农药的残留现状
• 4.3.2 土壤中有机氯农药的季节分布特征
• 4.3.3 源与汇分析
• 4.3.4 兰州市土壤中OCPs含量的变化趋势
• 4.3.5 国内外土壤OCPs残留量的比较
• 4.4 小结
• 第五章 兰州地区有机氯农药气-土交换研究
• 5.1 引言
• 5.2 研究方法
• 5.2.1 简介
• 5.2.2 计算公式
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 气-土交换的特征
• 5.3.2 逸度分数的不确定性分析
• 5.4 小结
• 第六章 典型持久性有机污染物长距离迁移潜力与环境总持久性模拟研究
• 6.1 引言
• 6.2 研究方法
• 6.2.1 概念介绍
• 6.2.2 TaPL3模型概化
• 6.2.3 参数识别
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 长距离迁移与总持久性模拟结果
• 6.3.2 灵敏度分析
• 6.3.3 不确定行分析
• ov的关系'>6.3.4 LRTP和P_ov的关系
• 6.3.5 与国外研究的比较
• 6.4 小结
• 第七章 总结
• 7.1 结论
• 7.2 创新
• 7.3 不足与建议
• 参考文献
• 硕士期间研究成果及参与课题
• 致谢