天津市表层土和大气中多氯联苯的污染特征研究

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多氯联苯(PCBs)属于半挥发性有机物(SVOCs),具有持久性和生物蓄积性,危害人体健康。表层土是PCBs的一个重要的储蓄库和监测介质,同时也是一个PCBs的挥发源,对PCBs在全球的重新分配和食物链中的转移起着关键的作用。大气则是多氯联苯重要的远距离迁移的途径。PCBs的气-粒分配对于大气中PCBs的最终归宿,如长期迁移和去除机制具有重要的影响。因此对工业城市的表层土及大气中PCBs的浓度,空间分布,异构体分布,气.粒分配等的研究对我们掌握其现状及制定控制对策,有效地贯彻斯德哥尔摩公约有着重要的意义。   天津作为我国北方最大的港口城市和工业基地,很多工业如石油开采,石油化工,金属回收,垃圾焚烧发电,燃煤发电可能是PCBs的潜在污染源。目前对其表层土和大气中PCBs的研究处于空白。   天津地区表层土PCBs浓度为天津市表层土中的PCBs没有呈现出“城市分布效应”,而呈现出“源分布效应”,浓度呈现出东-西逐渐降低的趋势,而低分子量的PCB异构体(2~4氯联苯)则逐渐增大。东、中、西部的PCBs浓度分别为12.65,4.80和3.32 ng/g。东部沿海地区的石油化工及开采、垃圾焚烧,发电厂及金属回收行业是PCBs的重要污染源。特别指出的是类二噁英PCB异构体的毒性当量浓度也呈现出东.西降低的趋势。   天津地区不同功能区表层土中PCBs的浓度为石化基地>周边农村>市区>背景区域。背景区域的异构体以3氯PCBs最高,5氯PCBs其次,而其他三个功能区都是5氯PCBs最高,3氯PCBs其次。   主成分分析表明周边农村和市区的PCBs主要来源于该地区PCBs商品的使用和生产,少量样品来源于污染源的排放。石化基地表层土中PCBs在工业污染源的影响下,与PCBs产品不属一类。背景区域PCBs全部与PCBs商品划为一类。这些PCBs商品包括Aro1254、1242,KC300及中国的变压器和电容器油。   工业区大气中PCBs的浓度(307.18 pg/m3)高于市区的浓度(265.04pg/m3)。工业区和市区大气中PCBs的浓度都呈现出了明显的季节分布规律,夏季最高,冬季最低,虽然工业区的浓度与温度相关性较弱(R=0.23)。市区和工业区类二噁英PCB异构体的TEQ均值为14.483和23.652fg/m3。   气相PCBs占有绝对优势,在工业区和市区的大气PCBs的比例分别为77.47%和84.46%。工业区颗粒PCBs比例高于市区,可能由于当地的钢铁等工业排放了大量的高PCBs的颗粒物所致。颗粒相和气相PCBs所占比例随着温度的上升而下降和上升。呈现出较强的季节性。市区和工业区颗粒PCBs的比例与温度呈现负相关关系(R=-0.69和-0.79),气相PCBs的比例与温度呈现正相关关系(R=0.78和0.63)。   随着氯原子个数的增多,PCB异构体在颗粒相所占的比例越来越大。对于单个PCB异构体,颗粒相所含的异构体含有相当比例的6~9氯的大分子量PCB异构体,而气相主要是2~5氯的低分子量PCB异构体。   Clausius-Clapeyron方程用来检查气相PCBs对温度的依赖程度,市区和工业区大气PCBs的C.C斜率为-5201和-3764,两个斜率都较大,说明大气中PCBs很大程度上来源于当地污染源的排放。随着氯原子个数的增多,不同氯代PCB异构体的C.C方程斜率都出现了增加的趋势。由此计算的市区和工业区PCBs的表面蒸发焓分别为11.06~73.24和14.30~48.83 kJ mol-1。   Junge-Pankow模型对少量的异构体在颗粒相比例进行预测,发现对蒸汽压PL0>10-3.85Pa的PCB异构体而言,模型预测值比实测值偏低,而对于PL0<10-3.85Pa的PCB异构体,模型预测值偏高。   天津市区大气PCBs的logKp-logPL0模型的斜率为-0.47,相关系数为R=0.66,偏离了气-粒分配平衡时对应的斜率值-1。天津市区大气全年PCBs的logKOA-logKp的斜率为0.48,相关系数为R=0.77。两个模型都认为市区大气PCBs的气-粒分配没有达到平衡,可能是由于当地污染源新的排放所致,因为新排放的PCBs在气-粒达到分配平衡需要几个小时的时间。模型相关系数高于logKp-logPL0的相关系数,说明对于市区大气PCBs的气-粒分配的描述效果而言,KOA模型优于PL0模型,说明市区大气中PCBs在气溶胶的吸附主要是PCBs在其有机质中的吸收造成的。
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