【摘要】： 持久性有機污染物(POPs)具有高毒性、難降解性和半揮發(fā)性,在環(huán)境中可長期存在,通過大氣、水體發(fā)生長距離傳輸,危害生態(tài)系統(tǒng)和人體健康。最近,建立污染物在環(huán)境中的歸趨模型以及大氣—土壤交換作用研究正在成為研究POPs全球分配的熱點問題之一。一些研究結(jié)果顯示,由于目前監(jiān)測得到的POPs的數(shù)據(jù)十分有限,通過在實際排放數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立的模型計算得出的結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果可比性不高;研究POPs環(huán)境行為和歸趨的基本原理,例如擴散、分配、吸附轉(zhuǎn)化和長距離遷移之間的相互作用,都是在人為實驗室作出理想化的假設(shè),常常受到實際環(huán)境多變量的阻礙而需要對參數(shù)進行復(fù)雜校正,缺乏在真實環(huán)境中建模并進行驗證的研究;對一些特殊環(huán)境如高空、深海、洞穴中POPs的環(huán)境行為鮮有報道。洞穴具有環(huán)境穩(wěn)定、無人為干擾等天然優(yōu)勢,是研究POPs環(huán)境傳輸模型的理想的實驗場�？λ固氐貐^(qū)洞穴資源豐富,由于特殊的地形地貌而具有較強的生態(tài)脆弱性和環(huán)境易污性,但國際上在喀斯特地區(qū)開展的有關(guān)POPs的環(huán)境研究工作很少。本文選擇具有典型喀斯特地貌環(huán)境和良好喀斯特研究基礎(chǔ)的桂林地區(qū)為研究區(qū)域,以環(huán)境中污染最為普遍的多環(huán)芳烴(PAHs)和有機氯農(nóng)藥(OCPs)為目標化合物,探索其在洞穴大氣、土壤中的環(huán)境行為以及二者之間的交換,目的在于通過在真實環(huán)境里對POPs的環(huán)境行為進行模擬并驗證,揭示POPs在洞穴內(nèi)土壤與大氣交換的獨有特點,增進對POPs在實際環(huán)境中的行為及其歸屬的理解。另外,在我國西部喀斯特地區(qū)開展POPs研究對于豐富熱帶喀斯特地區(qū)環(huán)境學也作出一份貢獻。 論文的第一部分研究了大巖洞穴內(nèi)外土壤和大氣中OCPs和PAHs的污染特征。土壤選取了13個采樣點,大氣選取了10個采樣點,大氣采樣時間為連續(xù)60天,共采集了13個土壤樣品和30個大氣樣品。結(jié)果顯示,大巖洞穴內(nèi)外土壤中OCPs和PAHs污染較輕,OCPs主要污染物為氯丹和七氯。洞外土壤中以重環(huán)芳烴為主,但洞內(nèi)土壤中以輕環(huán)為主。大巖洞外大氣中OCPs和PAHs污染處于中等水平,可能由于大氣長距離傳輸而研究區(qū)位于喀斯特盆地造成污染物不易擴散造成的。洞內(nèi)大氣中OCP濃度與北極和南極相當,低于中國其他背景點的含量。大氣中OCPs主要污染物為六六六(HCHs)和硫丹。洞穴內(nèi)外大氣中均以輕環(huán)芳烴為主,對土壤和大氣中滴滴涕(DDTs)和HCHs同分異構(gòu)體的分析說明周圍有新近使用的三氯殺螨醇,HCHs來源以歷史殘留為主。洞外土壤中DDT以好氧降解為主,洞內(nèi)則以厭氧降解為主。PAH標志物化合物比值表明大巖大氣和土壤中PAHs是油成因和熱成因的綜合貢獻結(jié)果,汽油尾氣是主要成因來源,其次是燃煤和柴油車。 論文的第二部分首先對有機污染物的傳輸模型研究進行了概述,對巖溶洞穴環(huán)境條件進行了說明,闡明利用巖溶洞穴作為天然實驗場開展有機污染物傳輸模型研究的意義。通過討論認為,有機污染物在洞穴空氣中的動力學遷移符合“半無限長多孔介質(zhì)柱體,一端為定濃度邊界”一維水動力彌散傳輸模型。針對于該模型,對邊界條件進行了論證。研究認為:(1)HCHs中主要化合物符合模型,而DDTs系列化合物不符合。原因為HCHs相對于DDTs飽和蒸氣壓較高,不易被洞內(nèi)固體和液體等其它物質(zhì)吸附;且具有較高的化學穩(wěn)定性,不易被降解。(2)PAHs化合物從萘到屈共10種多環(huán)芳烴較好的符合傳輸模型,而苯并[b]熒蒽、苯并[k]熒蒽和苯并[a]芘3種化合物在洞口附近符合傳輸模型,遠離洞口處偏離模型曲線。通過彌散系數(shù)(D_L)與不同的化合物性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系研究發(fā)現(xiàn),PAHs在洞穴中的傳輸能力與化合物性質(zhì)有關(guān),或受化合物性質(zhì)控制。(3)模型計算出的HCHs和PAHs洞口濃度值和實測洞口濃度值均存在極好的相關(guān)性,可以作為“洞口外空氣中有機污染物是洞內(nèi)源”的證據(jù)。建議進一步研究需要對洞穴中的空氣流速(u)進行測定,對時間(t)進行論證,以得到D_L的絕對值。 論文的第三部分本章首先對逸度模型和吸附等溫線模型在有機污染物的土氣交換作用方面的應(yīng)用及原理進行了簡要描述,分析了有機污染物在巖溶洞穴環(huán)境下可能存在的分配過程。由于PAHs具有地質(zhì)來源,通過對洞穴內(nèi)土壤礦物成分的分析校正剔除了來自于成巖過程的PAHs;討論并確定可采用Freundlich吸附等溫線方程來描述PAH在洞穴內(nèi)部土氣之間的相互作用:通過對土氣濃度比值(C_(s/a))進行研究,發(fā)現(xiàn)多環(huán)芳烴化合物在洞穴土壤遷移的過程中存在著三段效應(yīng),具體為:(1)洞口陷阱效應(yīng)(Trap effect)。由于洞口內(nèi)外溫度的劇烈變化,洞口附近對重環(huán)芳烴存在環(huán)境陷阱效應(yīng),而輕環(huán)芳烴可以越過陷阱向洞內(nèi)遷移。(2)洞穴中部色層效應(yīng)(Chromatogram effect)。由于洞穴中部恒溫和較高的濕度等條件,PAH在土壤中的吸附熱力學符合線性Freundlich吸附等溫線方程。通過對Freundlich常數(shù)K_(iF)與化合物性質(zhì)關(guān)系的研究驗證了吸附點位n_i取值為1是合理的。PAHs在土壤和大氣中存在著類似色譜學上的色層效應(yīng)。(3)洞穴最里端裂隙疊加影響�？拷囱ㄗ罾锒�(北口)的土壤不再延續(xù)色層效應(yīng),C_(s/a)值有回升現(xiàn)象。這是由于北口存在裂隙所致。通過實測數(shù)據(jù)計算裂隙輸入污染物的疊加量和裂隙體積,洞口體積約為裂隙體積的16.5倍,計算結(jié)果與實際調(diào)查情況相符。OCPs類化合物由于存在同系物之間的降解和轉(zhuǎn)化使其在本研究洞穴中表現(xiàn)出土氣交換作用規(guī)律不明顯,還有待于進一步研究。
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：X502
【圖文】：

剪刀和鑷子:不銹鋼制品，用二氯甲烷超聲波清洗。 3.1.2.2.3樣品采集大氣采樣器為自行設(shè)計的被動式大氣有機污染物采樣器，原理見圖3一1。由1根2個相向的不銹鋼圓蓋作為固定主軸的螺桿組成，頂端通過吊環(huán)懸掛，采樣時將PUF碟片固定在主軸上并通過頂、底蓋扣合形成一個不完全封閉空間，空氣通過頂、底蓋之間的空隙和底蓋上的圓孔進行流通，PUF碟片通過主軸上的螺母固定于空腔內(nèi)。PUF碟片規(guī)格為:直徑14em，厚一 135em，表面積365em，，凈重4一409，體積Zo7em

本文編號：2759829