珠江三角洲地区典型半挥发性有机污染物的沉积状态、河流运输、大气迁移及区域演化规律

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珠江三角洲地区是我国社会经济发展最为迅速的地区之一,城市化和工业化的快速发展所排放的大量半挥发性有机污染物(semivolatile organiccontaminants,简称SVOCs)进入环境,危害生态安全和人体健康。珠三角地区SVOCs浓度较高,为研究其环境分布和迁移,探讨人为活动对生存环境的影响提供了良好的平台。本文以珠江三角洲地区工业化程度较高的东江下游流域地区为研究对象,通过流域沉积物中的多环芳烃(polycyclic aromatichydrocarbons,简称PAHs)和直链烷基苯(linear alkylbenzenes,简称LABs)来评估人为活动对当地水环境的影响;同时选取珠江三角洲边界地区河流断面为考察点,通过研究珠江上游地区PAHs的河流通量来评估珠江三角洲区域人为活动对我国近海环境污染的贡献;选取广州城市地区,运用气溶胶分级采样技术研究颗粒态PAHs和多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,简称PBDEs)的大气干沉降以及室内环境中大气颗粒态PAHs的呼吸暴露。本研究主要内容包括:   ⑴东江下游河流沉积物中28种PAHs、16种PAHs(被美国环保署列入优先控制污染物的PAHs,简称Σ16PAH)以及7种致癌PAHs的浓度分别为480~4600、100~3400和10~1700 ng/g干重。通过主因子分析结合多元线性回归的结果表明沉积物中的PAHs主要来源于煤燃烧、精炼化石燃料燃烧以及漏油,三种来源的贡献比例分别为37%、32%和23%。研究表明,2002~2008年之间东江流域下游沉积物中PAHs的浓度水平相对稳定,而这段时期内该地区化石燃料消耗量增加了一倍,这表明该地区对PAHs排放采取了较为有效的控制措施。基于PAHs的主要来源,本文呼吁增加天然气和液化石油气在交通运输业中的应用以减少PAHs对当地环境的污染。   ⑵东江下游河流沉积物中LABs的总浓度为1.5~410 ng/g干重。通过对比C12-LABs(主碳链碳原子数为12的LABs)为在河流沉积物、造纸厂排污口废水及淤泥以及三种主要的商业洗涤剂中的的相对丰度和I/E值发现,东江沿岸地区,生活工业废水未经处理而被直接排放进入河流的现象十分严重。另外LABs的浓度与沉积物中总有机碳的含量存在良好的相关性,而与PAHs的含量没有显著相关。以LABs为分子标志物,通过主因子分析结合多元线性回归估算得到,该流域地区所排放的工业生活废水中虽然有56%得到处理,但整体处理程度不高。研究认为,当前废水排放标准的诸多漏洞以及执法力度的不足是造成这一局面的主要因素。   ⑶珠江流域河流水体中27种PAHs(简称Σ27PAH)的总浓度、15种PAHs(Σ16PAH除去naphthalene,简称Σ15PAH)的浓度以及7种致癌PAHs的浓度分别为260±410、130±310和15±12 ng/L。水体中PAHs主要来源于煤和植物燃烧、工业炼焦、汽车尾气以及漏油,来源贡献比例分别为28%、25%、22%和21%。计算得到珠三角珠江流域上游河流中Σ27PAH和Σ15PAH通量分别为38.9和12.9 tons/yr,而珠江三角洲地区通过河流向近海环境中输送的Σ27PAH和Σ15PAH的通量分别为21.4和21.0 tons/yr。   ⑷2010年8月和12月在广州城区距离地面高度100米和150米处运用气溶胶分级采样技术进行分昼夜采样收集大气样品,测定其中PAHs和PBDEs的浓度。研究发现,夜晚颗粒态PAHs的浓度显著高于白天,而冬季浓度显著高于夏季。PAHs浓度的垂直变化、昼夜变化以及季节变化受到气象条件以及大气边界层变化的影响。从粒径分布来看,超过60%的颗粒态PAHs集中分布于粒径范围为0.1~1.8μm的颗粒物中。运用分级颗粒物大气干沉降模型计算得到,颗粒态PAHs的干沉降通量为604~1190 ng/m2/d,其中粒径大于1.8μm的颗粒物贡献量为55%~95%。另外,在PAHs大气干沉降通量中,气态PAHs干沉降通量仅占整体的0.6~3.1%。最后,通过计算分析发现PAHs的粒径分布情况、气象因素以及大气长距离传输时影响PAHs的干沉降速率差异的主要因素。对于PBDEs(包括BDE-47、-99、-183、-207和-209)而言,由于受到气象条件以及大气边界层变化的影响,其浓度变化与PAHs浓度变化相似,夜间浓度显著高于白天浓度,冬季浓度稍高于夏季浓度。从PBDEs的粒径分布来看,超过超过60%的颗粒态PBDEs集中分布于粒径小于1.8μm的颗粒物中。夏季8月不同PBDEs单体的干沉降通量为2.6~88.6 ng/m2/d,冬季12月则为2.0~122ng/m2/d,且不同月份夜间PBDEs的干沉降通量均高于白天。计算得到PBDEs单体的干沉降速率为0.11~0.28 cm/s,且夜晚显著低于白天,这一现象可能是由于白天大气湍流作用较强。   ⑸广州城市社区室内环境中,颗粒态Σ16PAH的浓度为28.9±10.0 ng/m3,其benzo(a)pyrene等价浓度为4.1±1.6 ng/m3,主要集中于粒径范围为1.0~1.8μm的颗粒物中。通过模型估算得到Σ16PAH在人体呼吸系统内部的总沉降通量为5.9 ng/h,其中积聚态颗粒物(粒径范围为0.1~1.8μm)的贡献率为20.5~83.8%。其次进入人体呼吸系统中的Σ16PAH,8.6~10.2%沉降于人体肺泡部位,而积聚态颗粒物拥有最高的贡献比例。值得注意的是,虽然超细颗粒物(粒径小于0.1μm)中PAHs对颗粒态PAHs浓度的贡献量只有0.2~8.5%,其对颗粒态PAHs在呼吸系统内部沉降通量的贡献量达到了0.4~21.7%,超过前者的两倍。最后基于上述模型估算结果,通过风险评估得知,广州城市社区室内环境中颗粒态PAHs的呼吸终身致癌风险高于癌症风险值。   ⑹电子垃圾回收已经成为全球关注的热点问题,我国是世界上最大的电子垃圾进口国和处理国,粗犷式的电子垃圾回收处理已经对我国环境造成严重破坏,而珠三角地区是我国电子垃圾进口及回收的主要区域之一。本文以我国为例,通过综合分析电子垃圾回收处理活动的经济、社会和环境效应,为缓解电子垃圾处理所带来的综合性问题提出若干建议。分析表明,加强和完善电子垃圾管理的法制建设、统一电子垃圾管理标准、加强政府与企业间合作、增强政府环保宣传和健康保障职能、以及贯彻生产者责任延伸制能有效缓解粗犷式电子垃圾回收活动所带来的环境问题。   ⑺以两种典型POPs,即P,P’-DDT(农业源,以历史残留为主)和BDE-209(工业源,新兴污染物)作为研究对象,在文献综述的基础上综合探讨了这两种化合物在珠三角地区环境中的宏观迁移过程,并以质量平衡模型为基础还预测了珠三角土壤中两种化合物的环境储量以及潜在生态风险的随时间变化的趋势。结果表明,珠三角土壤中p,p-DDT以历史残留为主,其存储量为780吨,而BDE-209的储量较低,为44吨。相反,由于BDE-209正在使用中,其大气沉降通量远远高于p,p-DDT(分别为28,100 kg/yr和310 kg/yr)。最后基于p,p-DDT和BDE-209在珠三角地区输入以及区域输出质量守恒,模型预测结果结果,表明土壤中P,P’-DDT储量将逐步减少,而达到当前储量一半仍需22年左右,届时珠三角20%的地区土壤中p,p-DDT具有潜在生态危害威胁(浓度高于27ng/g),当前为40%;对于BDE-209而言,按照目前的使用状况以及电子垃圾的管理情况持续40年,那么其土壤储量将达到当前储量的20多倍,届时珠三角50%的地区土壤中BDE-209具有潜在生态危害威胁(浓度高于125 ng/g)。
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