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多环芳烃(PAH)类物质是环境中普遍存在的一类持久性有机污染物。因其来源复杂，毒性强等特征而倍受关注。低环的PAH在大气和土壤等环境中，通过光化学反应或微生物作用可以形成取代多环芳烃(SPAH)。而且，大部分SPAH的毒性都强于其母体PAH。目前，在大气和土壤中，关于硝基取代多环芳烃(NPAH)和氧化多环芳烃(OPAH)的研究较为广泛。甲基取代多环芳烃(MPAH)一般与PAH一并研究。然而，在水环境中对此类污染物的研究较为少见。因而，目前对此类污染物在水体环境中的存在、行为、来源和归趋的了解甚少。 本文选择MPAH、OPAH和NPAH作为目标污染物。由于水体中关于SPAH的研究较少，所以缺乏如PAH一样成熟的分析方法。首先，我们建立了一套能够同时测定这3类SPAH和16种优先控制PAH的前处理和仪器分析方法。实现了用同一前处理流程萃取和净化样品，同时提取环境样品中的SPAH和PAH，以及用GC-MS同时检测29种目标物，选用EI源和DB-17MS色谱柱，用SIM进行定量分析，可将29种目标物完全分离，并提高了检测方法的灵敏度。大部分目标物的回收率在70％-120％之间。水相和颗粒相样品的最低检出限和定量限都在ng/L和ng/g的数量级，同时相对标准偏差也较小(＜20％)，说明此方法有较高的灵敏度和稳定性。应用该方法成功测定了纳污河流水体和沉积物中的SPAH和PAH，初步了解了水体的污染状况。 选择京津地区的温榆河、北运河、永定新河三条纳污河流、排入河流的污水处理厂出水、已知未经处理的污水排放源这三类水体进行研究，对其中SPAH和PAH的污染水平、时空分布、来源及归趋进行分析。结果发现，4种MPAH、4种OPAH和16种PAH均有检出，而5种NPAH均无检出。水相中∑MPAH、∑OPAH和∑PAH的浓度分别为0.02-0.40μg/L、0.06-0.19μg/L和0.16-1.20μg/L;颗粒相中分别为0.32-16.54μg/g、0.41-17.98μg/g以及1.56-79.38μg/g。其中，2-甲基萘（2-MN）、9-芴酮(9-FL)和蒽醌(AQ)是浓度较高的三种SPAH，且9-FL和AQ的浓度高于其母体多环芳烃芴(Fluo)和蒽(Ant)。污水处理厂出水对河流中的目标物有一定的稀释作用，而天津地区的大沽排污河和北塘排污河汇入永定新河后增加了污染物的浓度。河流水体和污水处理过程中可能存在PAH或NPAH向OPAH转化的光化学和微生物过程，可能在太阳辐射较强和温度较高的非取暖季更容易发生。虽然大部分的目标物在污水处理厂中的去除率为69.8％-76.0％，且出水中的目标物浓度略低于河流，但由于污水处理厂出水流量大，结合排放通量来看，污水处理厂出水仍是河流中目标污染物的最主要来源。2011年8月和12月，污水处理厂出水对河流中MPAH、OPAH和PAH贡献率在62.3％-93.2％。与此同时，大部分SPAH和PAH随河水灌溉排入天津的农田区。8月，共有5.2kg MPAH（占总量69％）、8.6kg OPAH(88％)和32.8kg PAH(92％)排放到天津农田地区;12月，共有7.2kg MPAH(90％)、7.6kg OPAH(79％)和33.1kg PAH(95％)到达农田地区。 在上述研究的基础上，进一步探索了污水处理过程中SPAH和PAH的存在以及去除机制。选择北京市一座典型污水处理厂，研究其二级生物处理工艺中，SPAH和PAH的变化。与河流水体中所得研究结果一致的是，在污水处理过程中，4种MPAH(进水149-221ng/L，出水29.6-56.3ng/L，活性污泥202-375ng/g)、4种OPAH(进水139-155ng/L，出水69.9-109ng/L，活性污泥695-1533ng/g)和16种PAH(进水372-749ng/L，出水182-241ng/L，活性污泥2402-3321ng/g)均有检出，而5种NPAH均未检出。2-MN，9-FL，AQ和2-甲基蒽醌(2-MAQ)是SPAH中浓度较高的物质。大部分OPAH的浓度高于其相应母体PAH。在生物处理过程中，推测低分子量目标物在厌氧池中主要通过生物降解/生物转化和吸附作用去除，而在好氧池中部分目标物除此之外还有挥发作用;推测高分子量目标物主要在厌氧池中通过吸附作用去除。通过OPAH和PAH比值的季节变化、通量分析和去除率差异分析，并结合文献报道，推测OPAH可能在白腐真菌所产生漆酶等酶的作用下由PAH转化生成，在温度较高条件下（非取暖季）更容易发生。29种目标物在非取暖季和取暖季的日排放量分别为66g和148g。出水中，OPAH在目标物总量中所占比例在非取暖季高于取暖季。 为进一步研究PAH向OPAH的转化规律，通过实验室模拟实验以证明污水生物处理过程中PAH的降解和转化过程。向进水和活性污泥混合样品中加入氘代多环芳烃(d-PAH)，以指示PAH在好氧处理过程中的行为。研究结果表明，PAH的去除率和去除速率均随分子量升高而降低，随温度升高而升高。对d-AQ的含量进行测定，确认了在生物好氧处理过程有少量d-AQ由d-Ant转化生成。生成量随温度的升高而增加，随初始d-Ant浓度的升高而增加。