【摘要】：多環(huán)芳烴(PAHs),是一類環(huán)境中廣泛存在的持久性有毒物質(zhì),其污染和歸趨已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。近年來,我國也陸續(xù)開展了環(huán)境介質(zhì)中PAHs的調(diào)查和研究,但從目前的研究情況來看,仍存在不足。我國在PAHs的監(jiān)測和模型研究方面往往都集中在某些小區(qū)域,缺少PAHs在全國范圍內(nèi)環(huán)境介質(zhì)中的數(shù)據(jù),不利于深入了解大尺度下PAHs的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及環(huán)境歸趨。結(jié)合我國PAHs研究的現(xiàn)狀及不足,本文的研究將通過在全國范圍內(nèi)采集土壤和大氣樣品,并結(jié)合相應(yīng)的我國大尺度多介質(zhì)環(huán)境模型,研究我國國家尺度土壤和大氣中PAHs的時空分布特征和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,這將為我國制定相關(guān)政策提供科學(xué)依據(jù),同時也為我國履行斯德哥爾摩公約貢獻一份力量。 對于我國土壤中PAHs的殘留和分布特征的研究,本文是通過在全國布設(shè)土壤采樣點,采集表層土壤,進而分析了我國土壤中PAHs的濃度、組成特征和空間分布特征,并探討了土壤中PAHs殘留的影響因素、毒性評價和污染源。共采集表層土壤樣品157個,其中包括28個城市土壤,120個農(nóng)村土壤和9個背景土壤三種不同類型的土壤樣品,采集的土壤樣品經(jīng)過索氏萃取、硅膠柱凈化等預(yù)處理后,再用氣質(zhì)聯(lián)用儀測定PAHs的含量。結(jié)果表明,16種PAHs在我國土壤中均有不同程度的檢出,其中以菲、萘、熒蒽和苯并[b]熒蒽的含量較高;農(nóng)村土壤樣品中總PAHs的含量平均值為340±676 ng/g,小于城市的平均值(617±936 ng/g),而高于背景點(126±74 ng/g),與國外一些典型地區(qū)的PAHs含量比較,我國土壤中PAHs的污染處于中等程度。PAHs的空間分布主要受污染源的影響,以經(jīng)度分布和城市分餾為主。采用比值法和主成分分析-多元線性回歸法對我國土壤中的PAHs進行了源解析,我國城市地區(qū)土壤中PAHs主要來自于煤燃燒和汽車尾氣等高溫燃燒源和石油源的混合型污染;農(nóng)村地區(qū)土壤中的PAHs主要來自于煤和生物質(zhì)燃燒為主的高溫燃燒源和石油源的混合型污染;而背景地區(qū)土壤中PAHs則主要來自于自然源(野火)和混合源(外來源和未知源)的污染。 對于我國大氣中PAHs的殘留和時空分布特征的研究,本文是通過在全國布設(shè)大氣采樣點,采集大氣樣品,進一步分析了我國大氣中PAHs的濃度、組成特征和季節(jié)變化,并對大氣中溫度的影響和氣粒分配行為進行了初探,最后,對大氣中PAHs的來源進行了解析。本文選擇了10個城市(哈爾濱、北京、石河子、蘭州、西安、成都、拉薩、南昌、昆明及廣州)作為大氣采樣點,于2008年8月至2009年7月,利用主動大氣采樣器進行每周一次、為期一年的大氣樣品采集,采集的大氣樣品經(jīng)過索氏萃取、硅膠柱凈化等預(yù)處理后,再用氣質(zhì)聯(lián)用儀測定PAHs的含量。結(jié)果表明,16種PAHs在我國城市大氣中均有不同程度的檢出,其中以菲、熒蒽和芴的含量較高,地區(qū)間差異明顯,濃度差異在一個數(shù)量級內(nèi)。我國北方5城市大氣中PAHs的年平均濃度為251±126 ng/m3,高于南方5城市的均值165±102 ng/m3,與國外一些典型城市大氣中的PAHs含量比較,我國城市大氣中PAHs的污染處于中等程度。與南方5城市相比,北方5城市大氣中PAHs的組成、指紋譜、氣粒分配、季節(jié)變化和溫度的影響等,皆存在明顯差異。采用比值法和主成分分析-多元線性回歸法對我國大氣中PAHs的來源進行了解析,我國城市大氣中PAHs的主要污染源為化石燃料的高溫燃燒源(煤、石油類產(chǎn)品的燃燒)和石油源。 本文通過引入大尺度多介質(zhì)環(huán)境模型,模擬我國土壤和大氣中PAHs的殘留和時空分布特征,并對源匯關(guān)系進行了解析。本文首先建立了1/4經(jīng)度和1/6緯度網(wǎng)格化的我國1990年至2008年P(guān)AHs的排放清單,結(jié)合PAHs的物理化學(xué)性質(zhì)和其他環(huán)境參數(shù)作為模型輸入數(shù)據(jù),改進并優(yōu)化多介質(zhì)環(huán)境模型,模擬輸出了我國土壤和大氣中PAHs的殘留。結(jié)果表明,1990年至2000年間,我國PAHs的排放量相對穩(wěn)定,保持在2萬噸左右;從2001年開始,排放量逐年遞增。多介質(zhì)環(huán)境模型對于我國土壤和大氣中PAHs殘留的模擬結(jié)果與本文的實測結(jié)果吻合的很好,且整個模擬過程中模型的輸入與輸出相對誤差為2%,因而,該模型能夠用于模擬我國土壤和大氣中PAHs的殘留。我國土壤和大氣中PAHs的殘留空間分布特征相似,均表現(xiàn)為東部地區(qū)殘留濃度高,中西部地區(qū)濃度低,青藏高原殘留濃度最低的特征。與土壤殘留分布特征略有不同,大氣中PAHs的空間分布形成了兩個明顯的高濃度帶,分別為貫穿甘肅東部、四川東部、貴州中部的中部高濃度帶和貫穿遼寧、河北、山東、江蘇的東部高濃度帶,這兩個高濃度帶的形成主要是由于大氣在傳輸過程中受到阻力作用所導(dǎo)致。采用排放清單分離的方法,解析了我國不同地區(qū)間的相互影響作用和供暖對于我國不同地區(qū)土壤中PAHs的影響。我國不同地區(qū)芘的土壤殘留均以本地排放源的影響為主,其本地源貢獻率幾乎大于95%,但地區(qū)間的相互影響依然存在,這種地區(qū)間的相互影響主要受大氣傳輸?shù)挠绊�。而供暖對于我國不同地區(qū)土壤中芘的影響差異較大,其貢獻率呈現(xiàn)明顯的南北差異,從北到南,貢獻率依次降低。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：X50
【圖文】：

進而發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化，其變化過程如圖1-2 所示。PAHs 會隨著大氣的運動而擴散，使其污染范圍不斷擴大，導(dǎo)致極地、高山等偏遠地區(qū)也能受到其污染。大氣中的 PAHs 還會在氣相和顆粒相間分配，被懸浮顆粒物吸附形成大的顆粒物而發(fā)生干濕沉降，直接沉降到地表面，或通過水-氣界面、土-氣界面、植物-氣界面向水體、土壤和植物葉面等介質(zhì)中遷移，沉降到水里的 PAHs 還會發(fā)生水-底泥交換，而土壤和沉積物因富含有機質(zhì)，是環(huán)境中 PAHs 的主要匯；另一方面 PAHs 也會在空氣中發(fā)生光化學(xué)降解（主要被空氣中的氧和臭氧氧化），在土壤和沉積物中會發(fā)生微生物降解作用，光降解和微生物降解是環(huán)境中 PAHs 減少的主要途徑。土壤 水體氣相大氣光降解顆粒相氣粒分布干沉降濕沉降揮發(fā)土氣交換水氣交換排放大氣流入 大氣流出圖 1-2 環(huán)境中 PAHs 的遷移轉(zhuǎn)化行為Fig. 1-2 Transfer and transformation of PAHs in environment相關(guān)博士學(xué)位論文 2011年 第08期 工程科技Ⅰ輯 B027-17-14

分析流程品的采集壤樣品的采集濱工業(yè)大學(xué)國際持久性有機物聯(lián)合研究中心（IJRC-PTS采集土壤樣品 157 個，包括 28 個城市土壤，120 個農(nóng)等三種不同類型的土壤樣品，分布在除臺灣、廣西、海的全國大部分省份，具體采樣點見圖 2-1 所示。采樣點蓋我國大部分區(qū)域，城市、農(nóng)村、背景土樣進行同時采顯的工廠、煙囪等點源污染。為使土樣具有代表性，對點混合的方法，即取 100 m × 100 m 范圍內(nèi)，采用梅花20 cm 的 5 個土樣進行現(xiàn)場混合，然后取出 1kg 作為凈的棕色玻璃瓶，并用特氟隆封口，于實驗室-20 °C 冰

玻璃纖維濾膜或石英纖維濾膜）采集顆粒態(tài) PAHs，沫）采集氣態(tài) PAHs。由于主動采樣能夠?qū)Υ髿怏w積得到準確大氣濃度，并且可以在短時間內(nèi)獲得達到儀器可以和其他國家和地區(qū)進行比較，所以其在環(huán)境監(jiān)測中于 2008 年 8 月至 2009 年 7 月，在哈爾濱、北京、石河、拉薩、南昌、昆明、廣州等 10 城市布設(shè) 10 個大氣采見圖 2-2 所示。利用改進的 KB-1000 型大氣主動采樣年的大氣樣品的采集，采樣時間為每天中午至第二天中采集速率為 0.8 m3/min。其中顆粒態(tài)和氣態(tài)大氣樣品分FF）和兩個串聯(lián)的 5 cm 高的聚氨酯泡沫（PUF）進行膜放到避光干燥器內(nèi)平衡 24 h 后稱重，通過質(zhì)量差法物（TSP）的濃度，采集后的濾膜和泡沫樣品放到棕色驗室-20 °C 冰箱中保存。大氣采樣點的選擇原則為：采不同地區(qū)，周圍沒有明顯的點源污染。

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 賈曉洋;夏天翔;姜林;鐘茂生;姚玨君;梁競;;PRA在焦化廠污染土壤修復(fù)目標值制定中的應(yīng)用[J];中國環(huán)境科學(xué);2014年01期

本文編號：2766449