上海近海大气及海水中多环芳烃的含量、分布及来源

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多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是由两个及两个以上的苯环以稠环或者非稠环的方式连接在一起组成的一类芳香族碳氢化合物,是有机物不完全燃烧或高温裂解的副产物。由于PAHs是人类在生产活动过程中无意排放的副产物,因此会持续释放到环境中,难以从源头上进行控制。PAHs由于其持久性、远距离迁移能力和极强的毒性对生态系统和人类健康造成持续的有害影响,因而引起广泛关注。沿海特大城市上海位于长江三角洲东端,面向东海,具有高度城市化、工业化、高人口密度和高汽车保有量的特征,与传统能源相比,清洁和绿色能源在上海得到广泛推广和应用,而这对环境中PAHs的影响仍不清楚。此外,上海也是人为污染物从中国北方大陆向下风向传输并沉降到东海的运输通道,是受区域大气环流格局控制的污染物的汇区。基于以上研究背景,本研究在上海杭州湾北岸的金山区和临港新城设置了两个沿海大气采样站,并进行了为期一年的大气气相和颗粒相样品采集,同时通过搭载杭州湾-东海航次,在杭州湾—邻近东海海域采集海水样品,以分析上海近海大气和海水中PAHs含量组成、季节变化和潜在来源探讨了大气和海水中PAHs环境行为的影响因素,并估算了PAHs的大气沉降通量及水体传输通量,主要研究结论如下:(1)金山和临港的大气总PAHs(16种优控母体PAHs和2种烷基化PAHs)浓度中位数分别为18和12 ng m-3,平均浓度分别为25±19和14±8.0 ng m-3,低于近期在中国北部沿海地区和前人在上海城市/郊区检测到的PAHs浓度,这可能是受上海调整了能源消费结构模式的影响。在气相中检测到几乎95%的大气PAHs,主要是较轻的2?3环化合物,尤其是萘和两个甲基萘化合物,而分子量较大的4?6环化合物主要是在颗粒相中检出。全年大气气相和颗粒相中的PAHs与温度呈现出显著的正相关和负相关关系,表明持续存在的局部挥发性污染源的重要性,特别是金山站PAHs显示出石油相关来源,同时两站位PAHs均受到海洋气团的影响,这些气团以煤/生物质燃烧源为主,且对临港站的影响更大。单个颗粒相PAH化合物浓度占大气PAHs总浓度的比例范围为0.24%?54%,这与其固有的物理化学性质显著相关,包括正辛醇-空气分配系数(KOA)和过冷液体蒸气压(PL),同时颗粒相PAHs的比例也随季节发生显著变化,其在冬季的占比高于夏季。颗粒相PAHs干沉降通量在金山和临港站分别为350±390 ng m-2 d-1和190±310 ng m-2 d-1。干沉降通量以4?6环PAHs为主,而3环Fluor也表现出较高的干沉降通量,且表现出明显的季节变化,其在较寒冷的月份表现出相对较高的干沉降通量。海水对气相PAHs的扩散吸收通量在金山站(平均为3600±2000 ng m-2day-1)相对高于临港站(平均为2800±3600 ng m-2 day-1)。海水对气相PAHs的扩散吸收通量主要由一些中等分子质量的化合物控制,如Chry、Py、Fluor和Phe,并在温暖月份表现出相对较高的值。气相PAH的吸收通量几乎比颗粒相沉降通量高一个数量级。(2)海水溶解相中检出的17种PAHs(13种优控母体PAHs和4种其它PAHs)的总浓度范围,平均浓度和中位数浓度分别为9.0?3300 ng L-1、640±1100 ng L-1和150 ng L-1。。在化合物组成上,海水中PAHs主要是低分子质量的PAHs为主,其中Nap和Ace是所研究海域最主要的PAHs污染物贡献者,其占比超过了总量的90%。这可能是与PAHs辛醇-水分配系数(log Kow)有关,Log Kow一般随着PAHs分子量的增加而增加,因此,大多数中低分子量PAHs主要在溶解相检出,而高分子量PAHs易于与颗粒相结合。PAHs的空间分布并没有表现出明显的趋势,但是总体而言,PAHs在近岸海水中的浓度要高于远海。分子诊断比法和主成分分析—多元线性逐步回归分析(PCR-MLR)的结果表明,杭州湾和东海水体中的PAHs主要来源于人类活动产生的燃烧源和石油源。在所采集的不同水层的14个站位中,有6个站位∑17PAH表现出随深度的增加浓度逐渐下降的趋势。结合温盐来看,受淡水输入影响最小的断面,其陆架区底层的PAHs浓度也最低,说明陆源输入是该区域PAHs的重要影响因素。在中层具有较高浓度的三个站位都有着相对较低的叶绿素含量,这可能是生物泵和微生物降解过程减弱的缘故。而且污染物的峰值区对应着浊度的峰值区,这意味着污染物的陆源输送且随颗粒物沉降在近岸附近,这表明泥沙再悬浮过程对所吸附的PAHs的释放作用。
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