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上海市土壤和水体沉积物中多环芳烃的测定方法、分布特征和源解析

刘颖  
【摘要】: 多环芳烃(PAHs)具有致癌、致畸和致突变性,已列入联合国环境规划署(UNEP)制订的持久性有毒化学污染物(Persistent Toxic Substances)名单,其中16种组分已被美国环保局(US EPA)列入优先控制污染物名单(Priority PollutantList)。PAHs主要是有机物在高温下不完全燃烧而产生,广泛存在于自然环境中(如沉积物、土壤和水体)。多环芳烃所引起的污染问题已经引起国际环境保护组织、各国政府和民众的高度关注。了解人类所处环境受PAHs污染情况,掌握各种环境介质中多环芳烃的污染特征和分布规律,分析各种环境介质中多环芳烃的污染来源及迁移过程是当今环境科学研究领域的热点和难点。本研究通过建立高效液相色谱法测定上海市环境样品中痕量多环芳烃的分析方法,测定了上海市主要水体表层沉积物和表层土壤中多环芳烃的含量,分析了多环芳烃在上海市沉积物和土壤中的污染程度及空间分布特征,对多环芳烃污染源进行了定性定量的源解析研究,并对上海某特定地区内多环芳烃在环境介质中的迁移途径进行了探讨,以期为上海市多环芳烃的污染源判别及其污染治理提供科学方法和依据,为我国自然环境中持久性有毒污染物的研究积累基础数据。 在环境样品中痕量PAHs诊断技术方面,本研究在常见的C_(18)-ODS柱上,建立和优化了US EPA公布的16种PAHs的高效液相分离方法。在保留时间定性的基础上,充分利用液相色谱中二极阵列检测器(HPLC-PDA)的紫外光谱扫描功能,可显著提高环境样品中目标物定性的准确性,特别是对PAHs中同分异构体的识别。通过选择适当的定量检测波长,增强目标组分响应,减弱干扰物质响应,把环境样品中干扰物的影响降到最低,可提高仪器灵敏度,为环境样品中痕量PAHs的定性定量分析提供可靠保证。使用国产普通分析硅胶层析柱可以达到有效净化样品的目的。黄浦江表层沉积物样品和上海市表层土壤样品测定结果表明,除二氢苊(AcNy)外,其它18种PAHs都被检出;该方法所测得的18种PAHs具有较好的重现性,相对标准偏差(RSD)小于20%。除Fl、BeP和Pery组分外,15种PAHs检出限均低于10ng/g-dw,实际样品各组分的加标回收率为87~113%。本研究所建立的样品预处理方法和色谱分析方法具有较高的灵敏度和较好的准确性,能满足环境样品中痕量PAHs的测定需要。 在上海市环境样品监测方面,分别以水体表层沉积物和陆地表层土壤为研究对象,对PAHs的污染程度、分布特征和污染源解析三方面开展了研究工作。 上海市主要水体(长江口、黄浦江和苏州河口)表层沉积物中总PAHs浓度为107~7,177ng/g-dw。污染程度差异大。与世界其他水体沉积物PAHs污染程度相比,长江口地区表层沉积物PAHs浓度处于低污染水平,苏州河口和黄浦江部分河段PAHs浓度已达到中等污染水平。长江口PAHs污染程度较低,黄浦江受PAHs污染程度要远高于长江口,苏州河口PAHs污染接近黄浦江平均水平。长江口邻近城镇的取样点PAHs含量明显高于其它取样点,黄浦江上游PAHs污染较小,随着河流流经城区,PAHs浓度升高,在闸港附近达到最大值,沿江PAHs浓度逐渐下降,在外滩附近降至谷底,下游地区浓度再次升高。由于长江口距离燃烧源较远,与周边的城镇相距甚远,所以长江口表层沉积物中高环多环芳烃(HMW)含量相对较低,以石油源PAHs污染为主。黄浦江流经上海市区,以燃烧源PAHs污染为主,在不同河段具有不同类型的燃烧源,上游河段PAHs污染主要源于草本植物、木材和煤的不完全燃烧,中下游河段PAHs污染主要来源于油类的燃烧。黄浦江表层沉积物中多环芳烃污染存在季节性差异,春季的沉积物样品中总PAHs的浓度显著大于夏、秋、冬三季的样品总PAHs浓度。黄浦江沉积物中多环芳烃污染有三方面的来源,分别是生物源、石油源和燃烧源,贡献率分别为19%、24%和57%,燃烧源主要有交通源和煤燃烧源两方面,各占总污染的30%和27%。 上海市表层土壤中总PAHs浓度为29~37,000ng/g-dw,平均浓度为1984ng/g-dw,中间浓度为417ng/g-dw。不同地区污染程度差异大,污染程度从无污染到高污染横跨了四个污染水平,主要集中在低污染水平(~65%),中等污染(~20%)和无污染次之(~10%),高污染较少(~5%)。上海市土壤中PAHs污染程度空间分布不均匀,有三个浓度较高的区域,分别位于中心城区(黄浦区、闸北区、长宁区、静安区、卢湾区、虹口区、杨浦区、徐汇区、普陀区、部分浦东新区和宝山区)、松江闵行区和金山区。土壤中PAHs分布特征与人类活动(电厂和交通运输等)有密切关联。不同利用类型的土壤受到不同程度的PAHs污染,城市用地受PAHs污染程度要显著高于农业用地。不同种类的PAHs对不同利用类型土壤的污染情况也不相同,分子量较大的多环芳烃(PhA~Pery)与总PAHs污染情况相似,表现为城市用地的污染程度要明显高于其它类型土壤;但分子量较小的组分,如萘(Nap)和甲基萘(MNap),在不同利用类型土壤中污染程度相近。上海市表层土壤中多环芳烃污染源主要有燃烧源和石油源,以燃烧源污染为主,占92.1%,石油源污染仅占7.9%。 最后,对上海特定地区内PAHs在环境介质中的迁移径途进行了分析讨论,结果表明上海市土壤和沉积物等环境介质中PAHs的迁移存在多种途径。


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