多环芳烃在土壤剖面中迁移行为的土柱淋滤模拟研究

京津地区典型土壤剖面分析表明,土壤中PAHs含量和组成均随深度增大而呈现明显的变化.为了揭示PAHs在土壤剖面中的迁移特征与控制因素,开展了室内土柱模拟实验,考察了PAHs的迁移特点及影响因素,特别是土壤有机质含量的影响.采用3种土壤质地和TOC不同的土样装填土柱,以去离子水作为淋滤液对预先加入土柱表层的污染物(包括不同环数PAHs、d-Flu)进行淋滤,当达到淋滤量后分析土柱中PAHs含量及组成.结果表明,不同实验条件下,淋滤后土壤剖面不同层次土壤中PAHs含量均高于原土样中的,且PAHs主要富集在土柱表层,随深度增加其含量明显降低,但不同土柱中降幅不同;不同环数PAHs分布特征存在差异.与原土柱相比,除d-Flu和Flu等低环数芳烃的含量在剖面不同深度均有明显增大外,部分高环数PAHs相对含量在土柱的不同深度也明显增加,说明高环数PAHs也具有一定的迁移能力,但相对于3环PAHs,高环数PAHs在土壤中迁移能力较低.此外,土壤剖面PAHs的富集程度明显受土壤中TOC影响,PAHs总量或单体PAH含量在土柱中迁移的深度随着TOC含量降低而增加.     

含氧非烃在土壤剖面上迁移行为的土柱淋滤模拟研究

为了揭示土壤剖面中含氧非烃污染物的迁移特征,以及TOC和淋滤水量等因素对迁移作用的影响,选择了部分典型的含氧非烃开展了纵向迁移的土柱淋滤实验,对原土及添加污染物的土柱淋滤实验后样品中含氧非烃的含量及组成进行了对比分析.结果表明,土柱淋滤实验后,土柱表层添加的含氧非烃主要残留在土柱表层0~5 cm范围内,但相比所添加的化合物的量均有不同程度的降低,土柱深部(>10 cm)土壤中含氧非烃含量仍然很低,甚至低于原土中的,在TOC较高的土柱中,这种现象尤为突出.说明土柱淋滤实验过程中,不同剖面含氧非烃均存在向下迁移的现象,且以水溶方式迁移为主.不同含氧非烃单体含量均有随深度增加而降低的趋势,表明其在土壤剖面淋滤过程中均具有一定的迁移性,但不同性质的含氧非烃单体在表层土中残留量及组成差别较大,说明不同化合物迁移能力存在差别,其中,胆甾醇、β-谷甾醇、正构十六烷酸和邻苯二甲酸二丁酯迁移性较强.土壤TOC和淋滤水量对含氧非烃在土壤剖面的迁移作用都有不同程度的影响,淋滤水量相同时,TOC含量越高,土壤中有机质越丰富,越容易富集含氧非烃;TOC相同时,淋滤水量越大,含氧非烃迁移量越大,迁移的深度越大,尤其在TOC含量较低时更明显.     

土壤剖面部分多环芳烃源识别参数的纵向变化及成因

通过对北京和天津地区18条土壤剖面样品中PAHs的分析检测及PAHs的土柱淋滤实验模拟研究,得出了部分反映PAHs污染源的分子标志物参数在土壤剖面(或淋滤土柱)上的纵向变化特征,分析了PAHs化合物的纵向迁移作用对这些参数的影响,讨论了部分用于识别土壤中PAHs污染源的分子标志物参数的有效性。结果表明:在土壤剖面0~50 cm范围内,An/Ph,MPI1,MP/P值均有随深度增加而逐渐降低的趋势,在深层(>50 cm)不同剖面之间这些参数值差别不大;Fl/Py随深度增大呈现一定的波动性,但总体波动范围较小,且在0~40 cm变化不大;C0/(C0+C1)P/A和C0/(C0+C1)F/P值变化较为复杂。土柱淋滤实验表明,在0~50 cm范围内,部分PAHs污染源识别参数(An/178、MPI1、MP/P、C0/(C0+C1)F/P和C0/(C0+C1)P/A等)随深度的变化趋势与自然土壤剖面中的变化趋势基本一致,在深层50~100 cm范围内,这些参数值的大小逐渐与原土中的接近。表明淋滤作用(迁移过程)对表层土及土壤剖面浅部(50 cm范围内)部分PAHs污染源参数值的大小有不同程度的影响,运用PAHs污染源识别参数时,这些参数的有效性应引起足够的注意;而剖面深部(>50 cm)PAHs参数值受表层污染物组成的影响较小,其大小主要反映原土中化合物组成及成因。不同剖面受淋滤作用影响的范围存在一定的差别,这主要取决于土壤中TOC的分布特征。     

有机碳含量对多环芳烃在土壤剖面残留及迁移的影响

为了揭示有机碳含量(TOC)对多环芳烃(PAHs)在土壤剖面中迁移的影响,本文分析了北京地区部分典型的环境功能区(包括自然保护区、耕地、果园、农田、城区及工业区等)土壤剖面中多环芳烃和TOC的纵向分布特征,结合多环芳烃化合物的土柱淋滤实验,讨论了多环芳烃在土壤剖面上的纵向迁移特征.结果表明,不同环境功能区土壤剖面的土壤中多环芳烃的含量存在差异,且与TOC之间存在较强的正相关关系;土柱淋滤实验结果进一步证实,尽管具有不同TOC的土壤剖面中多环芳烃均可能向深层迁移,但TOC对土壤剖面中多环芳烃的残留及纵向迁移能力具有重要的影响,TOC越高,多环芳烃富集量越大,向下迁移量相对减少,反之相反;在TOC相同的情况下,多环芳烃的组成或结构特征对其在土壤剖面中的残留与迁移特征有明显的影响,淋滤水量、淋滤时间和添加PAHs量等对其在土壤剖面中的迁移作用也有一定影响.     

有机碳含量对土壤剖面中多环芳烃纵向迁移的影响

为探索有机碳含量对土壤剖面中多环芳烃(PAHs)纵向迁移的影响,选取北京地区3条有机碳(TOC)含量明显不同的土壤剖面进行了土柱淋滤实验研究.结果表明,通过30 d(相当于北京地区3年的淋滤水量)的淋滤实验后,不同剖面中PAHs均存在不同程度的迁移现象,但剖面中残留的PAHs仍然主要富集在土柱表层0～30 cm土壤中,且中高环数PAHs的残留率明显高于低环数PAHs.TOC含量与PAHs的残留总量之间具有显著的正相关性,TOC含量越高,PAHs残留量越高.此外,TOC对不同环数PAHs迁移的影响程度存在差别,高环数PAHs受TOC变化的影响高于低环数PAHs.     

兰州市西固区土壤中PAHs污染特征及来源解析

为了解石油工业区土壤中PAHs(多环芳烃)的污染特征、来源及潜在危害,选择兰州市西固区为研究区域,系统采集表层土壤样品及部分剖面样品,采用GC-MS检测方法,分析了土壤中PAHs的污染水平与分布、来源及潜在致癌风险. 结果表明:研究区表层(0~20 cm)土壤中w(∑PAHs)(22种PAHs的总质量分数)在535～32 300 μg/kg之间;PAHs在土壤剖面的纵向分布上主要集中在5～10 cm,在0～25 cm范围内变化不明显;表层土壤中PAHs主要以2～3环为主. 相关性分析显示,土壤中w(∑PAHs)与w(TOC)无显著的相关性,表明TOC并非影响土壤中PAHs持留的重要因素. 研究区土壤中PAHs主要来源于石油、生物质和煤炭的燃烧,∑TEQ_BaP (22种PAHs的毒性当量浓度,以苯并芘等效浓度计)平均值为190 μg/kg,表明土壤中PAHs的潜在致癌性较低.      

有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响

为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成.结果表明：PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%～73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs.与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%～32.41%,高有机质条件下降低了48.16%～58.05%.研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.     

有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响

为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成.结果表明：PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%～73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs.与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%～32.41%,高有机质条件下降低了48.16%～58.05%.研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.     

天津地区土壤有机碳和粘粒对PAHs纵向分布的影响

研究了天津地区土壤中有机碳(TOC)和粘粒含量对多环芳烃(PAHs)纵向分布的影响,利用相对富集系数分析了PAHs在不同土壤深度的富集趋势.结果表明,土壤剖面中PAHs含量峰值一般在土壤的表层和次表层,并随着土壤剖面的加深而减少.土壤中有机碳含量、土壤粒度、PAHs性质和扰动、淋溶等均是影响PAHs纵向迁移的重要因素.PAHs相对富集在有机碳和粘粒含量较高的土壤中.高环PAHs主要是以与土壤有机质胶体结合的形式发生迁移,不易迁移到土壤剖面的深部,而低环PAHs则主要是以溶解态形式发生迁移,相对较易发生迁移.      

北京典型土壤剖面含氧非烃化合物分布及成因

根据对北京地区6个典型采样点土壤样品的试验分析结果,探讨了含氧非烃化合物的含量、组成及其在采样点剖面上的分布特征,并对其污染源进行了讨论. 结果表明,检测到的含氧非烃化合物主要包括C₆~C₂₈正构烷酸类、C₁₂~C₂₈正构烷醇类、正构烷酸甲酯类、酞酸酯类、甾醇类和脱氢松香酸等. 含氧非烃化合物总质量分数及各类化合物的质量分数均有随深度增大而降低的趋势,其中0~40cm含氧非烃化合物总质量分数(4.539~60.689μg/g)较高且变化明显,深度大于40cm的土壤中降至<9.000 μg/g且均趋于稳定. 各采样点含氧非烃化合物的总质量分数纵向变化特征与w(TOC)的变化趋势基本一致,表明w(TOC)是控制土壤中含氧非烃化合物分布的重要因素. 不同采样点正构烷酸类化合物都以C₁₆为主峰碳,次主峰碳为C₁₈,除个别采样点表层土壤中高碳数正构烷酸存在较明显奇偶优势外,中低碳数正构烷酸偶碳优势不明显,推测其主要来源于化石燃料或原土中的有机质,部分高分子量正构烷酸来源于生物质;正构烷醇类以C₂₂为主峰碳,并具有明显的偶碳优势,主要来源于植物或者微生物源等天然源;酞酸酯中DBP(邻苯二甲酸二丁基酯)、DEHP〔邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯〕和DIBP(邻苯二甲酸二异丁基酯)质量分数较高,其来源与这些化合物的人为使用有关;甾醇类以β-谷甾醇占优势,并且大部分集中在表层,主要为生物源.      

油田区土壤石油烃组分残留特性研究

为了揭示石油开采区土壤石油烃组成及残留特性,探讨石油污染物的来源与风化程度,采集了胜利油田孤岛和河口采油区共5口油井周边土壤样品及原油样品,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析原油及土壤样品中的链烷烃(正烷烃+姥鲛烷+植烷)及多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)共51种石油烃单体的含量.结果表明,与原油相比,油田区土壤总提取物中链烷烃与PAHs所占的比例明显偏低;土壤石油烃的组分构成与原油相比,链烷烃中碳数小于12的正烷烃比例明显降低,而高碳数正烷烃比例增加.选择正十八烷/植烷作为指示土壤风化程度的标志,利用主成分分析(principal component analysis,PCA)法分析其与土壤中各石油烃组分的关系,结果显示碳数大于33的正烷烃与中环芳香烃具有高残留性.利用主成分分析综合分析用于土壤石油烃来源识别的4个指标,结果表明,土壤中的石油烃具有明显的原油"指纹".研究结果为油田土壤污染特性的认识提供了依据与基础.     

Polycyclic aromatic hydrocarbons in soils of Beijing and Tianjin region： Vertical distribution, correlation with TOC and transport mechanism

The contents and distribution of 20 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and heterocyclic aromatic hydrocarbons (HAHs) were investigated in 16 soil profiles of Beijing and Tianjin region. Transport of high molecular weight PAHs (HMWPAHs) and the correlation between total organic carbon (TOC) and their concentrations were also discussed. The results indicated that highly contaminated sites were located at urban or wastewater irrigation areas and pollutants mainly accumulated in topsoil (< 40 cm), with a sharp content decrease at the vertical boundary of 30–40 cm. Total PAHs/HAHs concentrations in soils from Tianjin were markedly greater than those from Beijing. Even the contents at bottoms of soil profiles in Tianjin were higher than those in topsoils of Beijing soil profile. HMWPAHs dominated the PAH profiles, exhibiting a uniform distribution of pyrogenic origin between topsoils and deep layers. Furthermore, the percentages of HMWPAHs remained relative constant with the depth of soil profiles, which were consistent with the distribution of particulate matter-associated PAHs in the local atmospheric environments. Therefore, HMWPAHs transport with particulates might be the predominant source found in soil profiles.     

废旧汽车拆解区土壤中多环芳烃垂向分布特性

研究分析了废旧汽车拆解区土壤剖面的美国EPA优控的16种多环芳烃的纵向分布.结果表明,表层土壤中16种多环芳烃总含量达到了17 323 ng·g-1,其中芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、芴(Flu)含量最高,分别达到11 820、1 234和1 083 ng·g-1.汽车拆解区表面和土壤深度为10 cm的土壤均达到了重度污染级别;深度在50~350 cm之间的土壤为轻度至中度污染,当土壤深度超过400 cm,土壤基本未受到污染.但是,7种致癌性PAHs(Chr、BaA、BbF、BkF、BaP、DahA、IcdP)总量在土壤深度达到850 cm时仍有34.15 ng·g-1.随着土壤深度的增大,多环芳烃含量急剧降低,当土壤深度超过300 cm,三环的菲(Phe)、荧蒽(Fl)和二氢苊(Ace)成为优势组分.土壤剖面菲(Phe)/蒽(Ant)比值和荧蒽(Fla)/芘(Pyr)、Fluo/Pyr、BaA/(BaA+Chr)等参数表明,土壤表面的多环芳烃主要来源于石油污染.     

Soil pollution by polycyclic aromatic hydrocarbons: A comparison of two Chinese cities

Soil samples from Huizhou and Zhanjiang, China were analyzed for 16 priority polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) with harmonized sampling, sample extraction and analysis quantification methods. The concentrations and sources of PAHs in soil samples of the two cities were compared. Almost all of the PAH components were detectable in 103 soil samples. The concentrations of ΣPAHs ranged from 35.40 to 534.5 g/kg in soil samples from Huizhou, and ranged from 9.50 to 6618.00 g/kg in samples from Zhanjiang. Evident differences of concentrations, compositions and sources of PAHs in soils were observed between the two cities. The average concentrations of individual component and the sum of a group of PAHs in soil samples from Zhanjiang were significantly higher than those in Huizhou (P < 0.05). Phe, Flu, Pyr, Bbf and Baa were the dominant PAH components both in soil samples from Huizhou and Zhanjiang. Except for these five components, Bap, I1p, Daa and Bgp were also the dominant PAH components in soil samples from Zhanjiang. Coal combustion and liquid fossil fuel combustion were the same sources of PAHs in the two cities with different contributions, and petroleum played a key role in PAHs release in Zhanjiang.     

淋滤水量对多环芳烃在土壤剖面中纵向迁移的影响研究

为了揭示淋滤作用对多环芳烃(PAHs)在土壤剖面中纵向迁移的影响,选取北京市昌平区一条具有代表性的土壤剖面作为实验样品,进行了PAHs土柱淋滤模拟研究。结果表明:经过淋滤作用后,淋滤水量不同的三个土柱(A1,A2,A3,淋滤水量依次增大)表层土中残留PAHs总量逐渐降低,但不同环数PAHs含量降低幅度存在较大的差别,低环数PAHs受影响程度更大;在淋滤水量相同的情况下,不同环数PAHs的含量均存在随土柱深度的增大而逐渐降低的趋势,但降低程度存在一定差别。由此推测,通过长期淋滤作用,表层土中的PAHs可以向深层土壤迁移,这些认识可以为深层土壤及浅层地下水的多环芳烃污染评价及保护提供合理的理论依据。     

石油类污染物在陇东黄土塬区土壤中迁移的模拟试验研究

采用一种新的土柱淋滤方法,在不同淋滤量、污染强度和柱长条件下模拟了陇东黄土塬区自然降水对石油污染物在土壤中纵向迁移的影响.结果表明,石油类污染物迁移的深度受污染强度、淋滤量、土层深度等因素的限制.污染物在土柱中峰值出现的深度均随污染强度、淋滤量和土层深度的增加呈增加的趋势,在0~10 cm的范围内,污染物均大量存在,且石油类污染物在土壤中的纵向迁移规律与污染强度、淋滤量、柱长等众多因素有关,即淋滤量越大污染物越容易发生迁移,污染强度越高迁移深度越大,土层越深迁移越容易实现.     

东海表层沉积物中多环芳烃的分布特征及来源解析

本研究对东海沉积物中多环芳烃(PAHs)组成及含量进行了分析,发现多环芳烃总浓度为8.2~180.2 ng/g,和国内外其它区域相比,整体处于一个低至中等程度的污染水平。东海沉积物中PAHs的分布整体表现为中间低、两端高的格局。内陆架是长江入海物质的主要沉积区,也是PAHs的主要汇集区;陆架北部区域的物质来源复杂,但总体受长江入海泥沙的控制,自西向东PAHs含量梯度递减;研究区域的东北部,较高的PAHs可能源于济州岛的输入;冲绳海槽也含有较高PAHs;而残留沉积区中PAHs含量极低。通过多环芳烃组成特征判断,东海表层沉积物中PAHs主要来自煤、木材、油类的燃烧,还有部分来自油类的泄漏。同时不同区域Ba P/Be P、Ba A/Chry比值的差别表明内陆架及冲绳海槽的PAHs主要来自河流输送,残留沉积区的PAHs可能主要来自大气沉降。