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持久性有机污染物(POPs)是一类有毒化学品。因其具有环境持久性、长距离迁移性、半挥发性、高毒性及生物富集性等特点,且能够通过大气、水体及迁徙性物种等传播载体进行长距离传输,而普遍存在于大气、土壤、水、底泥及生物体等全球环境介质中,并且它们还能够通过食物链的逐级放大效应而影响人类及环境生物的健康。多氯联苯(PCBs)是一类最具有代表性的工业类POPs,因其具有超凡的耐热性和化学稳定性,而被广泛应用到变压器、电力电容器及液压设备等国民经济发展不可或缺的工业产品中。因此,选取CB28(PCBs的一种同系物)从排放源、区域尺度乃至全球尺度对PCBs的排放残留、源汇关系空间识别的角度进行研究,可对其迁移转化、大气传输等环境行为特征进行系统的认知。 为清晰且准确的界定PCBs的排放源,本文从故意生产、非故意生产及电子垃圾拆解的角度对PCBs的排放进行了研究,基于质量平衡方法评估我国从1965年至2010年排放CB28共57.4t;应用统计调查分析方法,确定非故意生产PCBs的主要排放行业,评估了我国从1950年至2010年非故意生产共排放PCBs总量为138.8t;通过调查统计分析,确定了我国的主要电子垃圾拆解地,以大气监测浓度数据为依据,反演推算1990至2010年我国电子垃圾拆解地CB28的排放总量为7.1t。在此基础上建立了基于1/4°经度×1/6°纬度分辨率网格化我国CB28的排放清单。 为研究CB28在我国区域范围内的排放/残留及长期动态传输、迁移及转化规律,本文在网格化农药排放残留模型的基础上,重新开发了一个基于1/4°经度×1/6°纬度分辨率网格系统的中国网格化多氯联苯排放残留模型(ChnGPCBERM),模型包括大气(两层)、土壤(城市土壤、旱田、水田、草地、森林及荒地6种类型四层土壤)、水体和底泥4类环境介质,模型涉及大气传输及介质间迁移两个模块。 使用构建的ChnGPCBERM模型对单源排放土壤残留特征的模拟研究(环境参数不变)结果表明:在模拟物质相同的情况下,PCBs在土壤中的残留浓度主要与土壤的含水和含气率有关;当土壤类型相同时,PCBs在土壤中的残留浓度与其物理化学性质有关;在有机碳含量不变的情况下,不同PCB同系物土壤分层残留浓度主要受其溶解度、蒸汽压及土壤/沉积物-水分配系数的影响;在土壤有机碳含量改变的情况下,不同PCB同系物的第一层土壤残留浓度与有机碳含量呈显著正相关,而深层土壤则呈现负相关关系;随着离污染源距离的增大,不同PCB同系物的土壤残留浓度逐渐降低,随着时间的推移,污染物随着离排放源距离的增大,易挥发性PCBs的比例增加,模拟研究证实了初次分馏及二次分馏现象的存在。 通过对CB28土-气交换特征的模拟研究结果表明:从时间趋势上,1月份和10月份,我国大部分地区呈现出大气向土壤的迁移趋势;4月份和7月份,则呈相反变化,我国大部分地区表现出土壤向大气的迁移趋势;从空间分布上,1月份和10月份,大气向土壤的迁移,主要体现在中部、东部和东北地区,而10月份我国华南地区也呈现出这种现象;4月份和7月份,我国大部分地区则呈现土壤向大气的挥发状态。 通过对CB28排放残留特征的模拟研究结果表明:一次排放产生的一次分馏效应虽是距离的函数,但与风速风向等气象条件具有十分紧密的关系;二次排放及残留特征的研究表明:东北地区的累计残留量明显高于我国大部分地区;温度对土壤交换层CB28的排放/残留具有较大的影响。排放源的强度决定了土壤中CB28的排放/残留量的量级;而是否存在排放源则对残留曲线的波动幅度具有较大的影响;无论源区与背景点,CB28排放曲线与温度的变化均较为一致。 对不同源区CB28排放对土壤残留的贡献比例的分析表明:CB28的土壤残留均以本地源贡献为主。对CB28的边界流出特征的模拟研究表明:第一层和第二层大气的流出量分别占流出总量的2.5％和97.5%;无论是夏季还是冬季,CB28的主要流出边界均为东部边界,约占流出总量的90%以上。夏季,CB28流出主要集中北纬30°-44°之间,峰值出现在北纬42°和30°附近,流出区域为我国CB28排放量较大且相对集中的中东部地区;冬季,CB28流出则主要集中在北纬22°-27°之间,峰值出现在北纬24°附近。