论文部分内容阅读
全氟/多氟化合物(per-and polyfluoroalkyl substance,PFASs)是一类人工合成的有机化学品,具有独特的疏水、疏油性以及良好的化学和热稳定性。自上世纪50年代PFASs就被广泛应用在各种工业、商业和日常消费品中,持续大规模的使用导致PFASs普遍存在于全球环境介质、生物体和人体中。其中,典型全氟辛烷羧酸(perfluorooctanoate,PFOA)、全氟辛烷磺酸(perfluorooctanne sulfonate,PFOS)及其盐类和长链全氟烷基羧酸(perfluoroalkyl carboxylates,PFCAs)的潜在健康危害受到国际社会的极大关注,随后很多国家和地区开始监管或限制它们的生产和使用。然而,庞大的市场需求驱使生产厂家开发出多种新型的PFASs来替代PFOA、PFOS等,其中包括一系列短链PFASs同系物和一些含不同官能基团的新型PFASs。近年来,新型PFASs的生产使用快速增长进而在多种环境介质中被频繁检出,并且它们同样具有生物累积潜力和一定的生物毒性效应。目前关于新型PFASs在我国的研究极为匮乏。因此,本论文在我国两个最典型的氟化工业大省—江苏省近岸南黄海海域和山东省氟化工业园区周边开展研究。系统分析了新型PFASs在重点污染区域的污染水平、替代特征、界面分配行为、来源解析和释放通量,在此基础上开展了重点污染地区周边人群内外暴露的研究,为评估新型PFASs生态风险和健康效应奠定理论基础。本文得到了如下结论:(1)在江苏省近岸南黄海海域采集了表层海水和沉积物样本,系统分析了26种传统和新型PFASs的浓度水平。结果表明表层海水中传统PFOA和全氟丁烷磺酸(perfluorobutane sulfonate,PFBS)占主导地位,且高于其它地区海水中的浓度。其它短链全氟烷基酸(perfluoroalkyl acids,PFAAs)以及6:2氟调聚羧酸(6:2perfluoroakyl saturated carboxylates,6:2 FTCA)、6:2氟调聚磺酸(6:2 fuorotelomer sulfonic acid,6:2 FTSA)、六氟环氧丙烷二/三聚酸(hexafluoropropylene oxide dimer/trimer acid,HFPO-DA/TA)、6:2氯代多氟烷基醚磺酸(6:2 chlorinated polyfluorinated ether sulfonic acid,6:2 F-53B)和全氟乙基环己烷磺酸(perfluoroethylcyclohexanesulfonate,PFECHs)等新型PFASs均在海水和沉积物中广泛检出。多元受体源解析模型结果表明含氟聚合物制造、纺织品和食品包装以及金属电镀是南黄海海域中PFASs的主要污染来源。此外,新型PFASs的替代特征表明PFBS已经取代PFOS在纺织品表面处理剂中被大量使用,而HFPODA/TA在氟聚合物制造中、6:2 FTSA在消防泡沫中和6:2 F-53B在金属电镀中也替代PFOA/PFOS被小部分应用。这表明江苏省PFASs的生产制造和工业应用正在从传统PFASs向其替代品转移。沉积物-孔隙水界面分配研究表明新型的PFASs如HFPO-TA和6:2 F-53B表现出比PFOA和PFOS更强的沉积物分配潜力。本项研究为了解海洋环境中新型PFASs的污染特征、来源和运输提供了重要线索。(2)在山东省氟化工业园区周边采集不同环境介质(河水、地下水、灰尘、土壤和树叶树皮),系统分析了样品中18种传统和新型PFASs的含量。排污河流中PFASs的组成表明该氟化工业园区在含氟聚合物制造中同时使用PFOA和新型HFPOs(HFPO-DA/-TA)替代品作为加工助剂。根据含氟聚合物年产量和商业添加助剂量以及废物流预估2021年,在最大添加份额下新型HFPOs通过废水和大气的排放量可达到10288公斤和2500公斤。传统和新型PFASs在不同环境介质中的分布存在差异,相比PFOA,HFPO-DA因较强的水溶性更易分布在地下水中,而HFPO-TA更易与大气颗粒物结合优先分布在灰尘和土壤中。因此新型HFPOs的使用可能会增加地下水和土壤环境中PFASs的生态风险。另外,地下水中存在的6:2氢代多氟烷基醚磺酸(6:2 hydrogen polyfluorinated ether sulfonates,6:2 H-PFESA)可能是其在环境中污染的重要来源。此外,在距离氟化工业园区下风向>15 km的采样区域灰尘中HFPO-DA和HFPO-TA的浓度仍高达39.2和745 ng/g,表明新型HFPOs在该FIPs周围通过大气途径的传输已经发生且污染边界未知;而树叶树皮中HFPOs来源于大气颗粒物承载的HFPOs,树叶树皮可以作为空气采集器监测点源附近通过大气传输的新型HFPOs。本项研究为系统了解新型PFASs的排放、空间分布特征、归趋以及大气监测手段提供了科学依据。(3)为了探讨传统和新型PFASs在人体中内外暴露的特征,本文在山东省氟化工业园区周边的村庄中采集了饮用水、室内灰尘、食物以及居民的晨尿和头发样本,系统全面地分析了传统和新型PFASs在多途径暴露介质和生物基质中的浓度水平。结果表明短链PFCAs、PFOA和HFPO-DA/TA是居民饮用水、灰尘和膳食暴露途径中的主导化合物。根据估算的每日摄入量(estimated daily intake,EDIs)表明膳食途径是PFASs的主要暴露途径,而居民种植的蔬菜和谷物是膳食途径中PFASs的主要暴露源。进一步探究传统和新型PFASs人体内外暴露的差异,结果表明HFPOs与PFOA的总EDIs水平相当,但HFPO-DA在动物源食品和人体样本(尿液、头发和血液)中的含量极低,这意味着HFPO-DA可能是PFOA的可行替代品;另外HFPO-TA在尿液中的浓度高于PFOA说明其肾清除速率可能比PFOA快。本文利用一室药代动力学模型和尿液浓度预测血液中PFASs的浓度,然后将其与实测浓度进行比较。基于尿液浓度预测的PFOA血液浓度与实测浓度接近,证实当地居民体内存在高水平的PFOA暴露。然而HFPOs的实测血液浓度远低于基于总EDIs和尿液浓度的预测值,表明HFPOs在人体中的清除速度比预期要快。此外,PFASs在居民头发和血液中的组成相似,表明头发是监测长期暴露于传统和新型PFASs人群的可行非侵入性生物指示物。本项研究为准确评估点源周边传统和新型PFASs高暴露人群的健康风险提供了有价值的信息。