二噁英和多溴联苯醚的城市点源污染特征与气粒分配

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本文针对PCDD/Fs和PBDEs两类半挥发性有机物,研究了其在市政垃圾发电厂、某钢铁厂两类典型的城市点污染源的排放情况及对周边环境的影响,并通过对气-粒分配模型参量的分析和优化,采用优化后的各气-粒分配模型对污染物在几类点源与非点源的气-粒分配行为进行比较研究。文章通过优化PCDDs和PBDEs的同步分析方法,对所采集的大气、土壤、飞灰及烟道气样品采用索氏提取法萃取污染物成份,提取液经过硅胶-酸性硅胶层析柱净化、碳柱净化、浓缩后,利用HRGC/HRMS和GC/MS分别对PCDD/Fs和PBDEs进行定性与定量分析,同时采用ELISA分析试剂盒对固体样品中的PCDD/Fs进行比较分析,采用PCA、HCA和K-mean分析方法对环境样品中污染物的来源进行解析,采用逸度模型对土气分配趋势进行分析;对平衡态气粒分配模型进行了优化,同时利用平衡态模型和稳恒态模型对污染物在点污染源与非点污染源的气-粒分配行为进行比较分析。PCDD/Fs在两类点污染源周边环境的污染特征分别为,垃圾焚烧发电厂环境污染特征中周边土壤浓度为17.2157 pg/g(0.598.81 pg WHO-TEQ/g),OCDD是最大的有毒异构体,对毒性当量贡献最大的是2,3,4,7,8-Pe CDF和1,2,3,7,8-Pe CDD;大气样品二噁英浓度为8731120 fg/m3(51.261.6 fg WHO-TEQ/m3),对毒性当量贡献最大的是2,3,4,7,8-PeCDF;飞灰样品毒性当量浓度为613597 pg WHO-TEQ/g;烟道气毒性当量为49 pg WHO-TEQ/m3;排放烟气浓度低于我国环保部最新出台的二噁英限制排放标准。钢铁厂污染特征中环境土壤样品PCDD/Fs的浓度范围为26.1101 pg/g(0.724.44 pg WHO-TEQ/g),OCDD是最大的有毒异构体,对毒性当量贡献最大的是2,3,4,7,8-Pe CDF;飞灰样品毒性当量浓度为67.571.8 pg WHO-TEQ/g;烟道气样品PCDD/Fs浓度为0.394ng/m3,毒性当量浓度为0.0358 ng WHO-TEQ/m3。源解析表明,垃圾焚烧发电厂及炼油厂是该污染源周边环境样品PCDD/Fs污染的主要原因,而机动车尾气排放也为该区域PCDD/Fs污染的重要原因之一;钢铁厂点污染源的排放对周边环境的影响要小于垃圾发电厂对周边环境的影响,且机动车尾气的排放对该钢铁厂区域环境中的PCDD/Fs的污染有一定贡献。土气交换分析表明,PCDD/Fs的逸度商值在0.01到0.13之间,说明污染源使得PCDD/Fs的土-气交换以大气向土壤为主,低氯同系物接近于土气交换平衡,且温度对这一趋势的变化影响不大。PBDEs在两类点污染源周边环境的污染特征分别为市政垃圾发电厂环境土壤样品中BDE-209浓度范围为5180169000 ng/kg,对∑12PBDEs的贡献率在94.0%以上。大气样品中BDE-209对∑12PBDEs的贡献率在82.692.5%。飞灰样品∑12PBDEs浓度为85807720 ng/kg。烟道气∑12PBDEs浓度为6.84 ng/m3。钢铁厂环境土壤样品中BDE-209浓度范围为89310600 ng/kg,对∑12PBDEs的贡献率在93.0%以上。大气中∑12PBDEs的浓度范围为13.9102 pg/m3,BDE-209对∑12PBDEs的贡献率在68.095.9%。飞灰样品∑12PBDEs浓度为55905730 ng/kg。烟道气样品PBDEs浓度为5.7 ng/m3。源解析分析表明,所有环境样品中的PBDEs主要源于含有商用五溴联苯醚和十溴联苯醚商品的使用和焚烧,商用十溴联苯醚在其中起到了主导作用,垃圾发电厂PBDEs的排放对周边环境影响大于钢铁厂排放;土气交换分析表明,两点源逸度商值在10-1到10-4之间,表明土壤和大气中的PBDEs以大气沉降为主要形式,且点源区域的逸度商值低于非点污染源区的逸度商值。基于PL和KOA的可转换及等同性原则,确定了Junge-Pankow模型、Hamer-Bidleman模型对大气颗粒相组分的百分含量Φ值描述的等同性,并建立了平衡态单位体积空气气溶胶“有效表面积”θ的计算公式。定义了稳恒态大气颗粒相组分的百分含量Φ值的模拟公式,并在此基础上建立了稳恒态单位体积空气气溶胶“有效表面积”θ的推导公式。气-粒分配研究表明,点源大气中PBDEs主要存在于颗粒相中,且随着溴取代数增加而有增大的趋势;PBDEs在采样点气相和颗粒相间没有达到分配平衡,平衡态模型高估了颗粒相组分的含量,稳恒态模型则较好描述了PBDEs在非污染源区的气-粒分配的真实状态,而点源污染区气-粒分配由于污染源的影响呈现平衡态趋势。PCDD/Fs颗粒相百分含量随着氯取代数目的增加而增加,此外PCDDs的颗粒相百分含量要高于对应的PCDFs;气-粒分配模型分析表明,在采样期间PCDD/Fs在点源及非点源气-粒分配上均接近于平衡状态,而稳恒态模型对于PCDD/Fs在点源与非点源的模拟有一定局限性;在平衡态模型和稳恒态模型的运用过程中,基于优化后的θ计算公式推导的θ值要优于文献所推荐的θ值。
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