华北地区农村环境介质多环芳烃污染特征研究

来源 :中国矿业大学(北京) | 被引量 : 1次 | 上传用户:dianzi511
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自然环境介质有机污染物对人体和环境的危害日渐严重,尤其以多环芳烃(PAHs)最为典型。国内外关于PAHs的研究多聚焦于城区和工业发达区,而对于农村地区的基础研究较为薄弱。本文以华北地区典型农村土壤、河流、湖泊、地下水、湖底沉积物、水生植物、柱状沉积物、渗坑水等多介质为研究对象,利用地球化学、环境科学、毒理学等理论知识,以色谱质谱为技术手段,通过现场取样和和室内分析,研究多介质PAHs环境地球化学特征和来源机制,为认识我国农村地区有机污染环境归趋和健康风险,提供基础支撑和科学依据。主要成果和认识如下:(1)通过对土壤、湖泊水、沉积物、水生植物、渗坑水、地下水等介质PAHs系统研究,提出土壤PAHs污染相较于其他环境介质并不突出,以点源污染居多,但1.4%的区域已达重度污染,且有转向面源污染趋势。通过功能区对比发现,居民区>混合区>农田区>林地区>草地区,揭示了人类活动频繁度对PAHs分布的显著影响。湖泊水、沉积物和水生植物的Σ27PAHs平均值分别为103ng/L、454μg/kg和358μg/kg,表明沉积物和水生植物是湖泊相PAHs的主要储存场所,原是其中含有丰富的有机质。渗坑是区内特殊“自然景观”,其水相PAHs水平远高于湖泊和地下水,是代表性点源污染。研究区PAHs分子特征显著,中高分子量含量丰富,蒽和苯并[b]荧蒽最为突出,衍生物均以烷基取代萘占绝对优势。白洋淀西北方属PAHs高浓度区,主要与旅游景区和靠近居民区有关,此处人类活动频繁,车流量大,码头观景船只多。(3)本文采集柱状沉积物重建白洋淀地区PAHs沉积记录,结果表明低分子量占绝对主导地位,与沉积物分子特征相似。还揭示了白洋淀近二百年的经济发展和能源结构变化规律,即1930年之前以自然因素占主导,到1930年左右,工业比较落后,生活用煤和薪柴用量上升,低分子量明显上升;至1980年,煤炭用量开始增加,多数PAHs均出现显著增加。2000年以后,经济快速发展,机动车快速增加,再加上冶炼业崛起,高分子量PAHs激增。PAHs时间趋势差异归因于早期工业化和新兴工业化之间经济发展阶段和能源结构变化。(4)本文通过定性和定量受体模型结合解析土壤、湖泊、渗坑水、地下水PAHs的来源,提出研究区不论何种环境介质,PAHs的主要来源都是煤和生物质燃烧,其次为石油燃烧和交通源,与当地能源结构和生活习惯非常吻合。这种源特征在居民区和企业密集区表现更显著。归纳总结了散煤和生物质燃烧是北方农村地区PAHs的第一大源头;白洋淀除了煤和生物质外,石油燃烧也占重要地位。(5)本文详细讨论了PAHs对多年龄段人群不同暴露途径的健康风险,指出在土壤、湖泊水、沉积物、植物、渗坑水等介质中,主要暴露途径为皮肤接触和口腔摄入,其中皮肤接触占绝对主导,其致癌风险(CR)和危险商(HQ)均远高于口腔摄入。特别对渗坑而言,不论哪个人群的PAHs致癌风险均已达到高风险级别,且女性风险略高于男性,成人高于儿童。故日常应尽量注意防护,避免直接接触。(6)为了更深一步探究我国南北农村地下水PAHs差异,以河北-山东-江苏-浙江为线展开研究,全面分析地下水中PAHs浓度特征和空间变化,提出北方农村污染显著高于南方,其中山东和河北省污染严重,主要与其能源结构关系密切。而且针对不同用途水,指出生活用水富含萘、蒽、荧蒽和苯并[a]芘,而灌溉水以菲、(艹屈)、苯并[b]荧蒽为主。应用特征比值法,发现煤和生物质燃烧为北方地下水主要来源,与其他介质结论一致,其也是农村地区PAHs最普遍污染来源,而南方则为混合源。本文以农村有机污染问题为切入点,利用多种分析手段和研究方法,系统研究典型地区多介质中以PAHs为代表的有机污染物环境地球化学特征和土壤地球化学基线模型,归纳和分析了PAHs来源机制,提出农村地区以煤和生物质燃烧为主源的特征。重建了白洋淀PAHs沉积记录,总结出PAHs垂向变化可反映能源结构变化和经济发展。最后,研究了PAHs的健康风险,揭示了农村地区皮肤接触是最重要的暴露途径。
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