城市不同下垫面降雨径流多环芳烃（PAHs）分布及源解析

以上海市不透水下垫面降雨径流为研究对象,分析了交通道路、校园、小区路面和小区屋面径流样品中16种溶解相、颗粒相PAHs质量浓度和场次降雨事件平均浓度(EMC).研究了不同下垫面降雨径流PAHs冲刷过程.通过对不同样点降雨径流初始冲刷散点进行幂函数拟合,定量表征了降雨径流PAHs和悬浮颗粒物(TSS)的初始冲刷强度.对径流样品中PAHs来源进行了分析.结果表明,径流样品Σ16PAHs(包括溶解相和颗粒相)质量浓度变化范围为317.21~10364.32 ng·L-1,其中龙吴路Σ16PAHs质量浓度(均值)最大,而校园最小.污染物的EMC值在不同样点具有很大的差异.不同样点PAHs含量在径流过程中皆呈现出明显的衰减特征,并显示出不同程度的初始冲刷效应.运用因子分析方法解析PAHs来源发现,降雨径流PAHs来自化石燃料的不完全燃烧、石油泄漏、炼焦等,且各源的贡献率在不同下垫面降雨径流中有差异.     

北京城区屋面径流中PAHs的初期冲刷效应

为研究北京城区典型屋面径流中PAHs的污染特征,采集并分析了3种材料屋面的径流中颗粒相和溶解相PAHs的浓度.在分析屋面径流中PAHs初期冲刷效应的基础上,提出了描述初期冲刷的定量参数FFn-Max,据此探讨了降雨特征对屋面径流中PAHs初期冲刷效应的影响.结果表明,屋面径流中总PAHs和颗粒相PAHs均存在明显的初期...     

降雨期间岩溶地下河溶解态多环芳烃变化特征及来源解析

2014年6月降雨期间在重庆南山老龙洞地下河出口处进行连续采样监测,利用GC-MS定量分析地下河溶解态中16种优控多环芳烃(PAHs)的含量,研究了降雨期间地下河溶解态PAHs变化特征及来源.结果表明,地下河溶解态PAHs对降雨反应迅速,ΣPAHs出现4个峰值,有2个出现在流量上升阶段,另外两个分别出现在流量最大值处和流量下降阶段.ΣPAHs范围为101~3 624 ng·L-1,平均值578 ng·L-1,7种致癌性PAHs变化较大,含量变化为ND~336 ng·L-1,平均值31.1 ng·L-1,PAHs的组成以低环(2、3环)为主,占水体ΣPAHs的86.17%;降雨对ΣPAHs影响较大,主要表现为雨水对大气污染物的清除及地表径流对地表污染物的冲刷.降雨期间水体中PAHs主要来源于石油类产品、煤炭等化石燃料的不完全燃烧、天然成岩过程,降雨期间老龙洞地下河水体中PAHs污染大部分为中等到重污染水平.     

珠江广州段水体微表层与次表层中多环芳烃的分布与组成

2009年3月对珠江广州段微表层与次表层水中多环芳烃(PAHs)的分布与组成进行了研究.结果表明,珠江广州段微表层和次表层水中16种溶解态PAHs浓度为622.0～2132.2ng·L-1,与DOC存在正相关关系;颗粒态为316.7～639.5ng·L-1,与颗粒物浓度存在明显的线性相关;PAHs的组成以2～3环为主,溶解态中2～3环PAHs占总量的86.0%～95.7%,明显高于颗粒态中2～3环PAHs占总量的(68.8%～84.0%)百分比,PAHs的辛醇-水分配系数及其物理化学性质是造成这一差异的主要原因;微表层对PAHs有一定的富集作用,富集因数EF在1.1～1.5之间(溶解态1.2～1.5,颗粒态1.1～1.3).     

降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染排放的影响

在西安市城市主干道南二环路太白立交高架段设置路面径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2014年7月~2015年9月的13场径流事件全程采样,共获得样品207个,测试径流过程SS、COD、溶解态COD、Cu、溶解态Cu、Pb、溶解态Pb、Cr、溶解态Cr、Cd、溶解态Cd的质量浓度变化,研究降雨特征及污染物赋存类型对路面径流污染质量浓度变化和负荷排放的影响.结果表明,西安市城市道路径流SS、COD污染严重,是径流的主要污染物,重金属Pb、Cr污染水平亦较高;径流过程中污染物质量浓度变化与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态污染物排放不受降雨特征影响,均在径流初期达到质量浓度峰值随即持续降低,颗粒态污染物的质量浓度峰值出现在足够大的降雨强度峰值之后,径流过程随雨强变化波动显著,且受降雨历时和降雨量等因素的共同影响;降雨特征对溶解态污染物负荷排放的影响较小,但对颗粒态污染物具有显著影响.Ⅰ、Ⅱ型降雨事件较之Ⅲ型降雨,SS、COD、Cu、Pb、Cr、Cd的负荷初期冲刷效应更明显;路面径流的负荷初期冲刷效应并非普遍存在,所监测径流场次所有污染指标均未出现强烈的负荷初期冲刷,各污染物的负荷初期冲刷程度排序为CODSS溶CODCuPbCr溶CuCd溶Pb溶Cr溶Cd.     

不同粒径地表街尘中重金属在径流冲刷中的迁移转化

在我国快速城市化进程中,街尘及其径流冲刷引起的重金属污染日显突出.通过对北京市城乡道路街尘及其人工降雨模拟径流冲刷过程中不同粒径街尘中重金属的分析,探讨街尘与径流冲刷过程中的粒径效应及不同重金属赋存形态的动态变化规律.结果表明,同一粒径颗粒物从"静态"街尘到"动态"径流中的颗粒物,重金属浓度呈下降趋势.街尘中重金属在径流冲刷过程中,存在溶解与解析现象,颗粒物粒径越小,减少比率越大,5种重金属(Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)的减少比率分别为24.3%、56.8%、34.3%、22.8%、27.3%.街尘中的弱酸可提取态比例要略大于径流颗粒物中弱酸可提取态比例,部分以水溶态进入水体中.在径流冲刷过程中,水相溶解态重金属变化不大,水相颗粒态重金属含量随降雨时间径流过程迅速降低.固相颗粒物的重金属浓度随降雨时间总体上呈下降趋势.粒径越小,冲刷率越大,最大为62.1%,最小为4.6%.地表街尘在径流冲刷过程中,小粒径颗粒物具有较强的迁移能力,较容易进入水体造成污染.     

高速公路雨水径流重金属污染初期效应

通过对8场降雨高速公路路面雨水径流中溶解态和颗粒态Cd、Cu、Pb和Zn 4种重金属进行现场取样检测,在定性分析径流重金属污染初期效应存现的基础上,定量分析了重金属污染初期效应的显著程度,并探讨了降雨特征对径流重金属污染初期效应的影响.无因次累积负荷分数-累积体积分数曲线分析结果表明,大多数降雨事件中总重金属存在较显著的初期效应,除溶解态Pb不具有初期效应外,其余溶解态与颗粒态重金属均存在较显著的初期效应.少数降雨事件的径流在中后期存在二次冲刷效应.初期冲刷比值分析结果表明,拦截并处理径流初期25%流量(径流的体积分数,下同)可去除整个降雨事件中所排放的35%～39%(质量分数,下同)的重金属污染负荷.总重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Cu>Zn>Pb;溶解态重金属初期效应的显著程度顺序如下:Cd>Zn>Cu>Pb;颗粒态重金属初期效应的显著程度顺序为:Cu>Cd>Pb>Zn.重金属初期冲刷比值与降雨特征相关性分析表明,平均降雨强度对径流重金属污染负荷初期效应的影响显著,降雨历时、降雨量、前期晴天数和产流时间对径流重金属污染负荷初期效应的影响较小.     

西安市某文教区典型下垫面径流污染特征

在西安市某文教区路面、屋面和绿地设置径流采样点,采用人工时间间隔采样法对2016年8月~2017年2月的3场降雨径流和2场融雪径流全程采样,测试径流过程SS、COD、TN、TP、Pb、Zn、Cu、Cd、Ni、Cr、PAHs、溶解态COD、溶解态重金属和溶解态PAHs的浓度以及颗粒物粒径d₅₀,研究各下垫面降雨径流污染水平及出流规律,比较不同下垫面降雨径流和融雪径流污染特征.结果表明,各类下垫面降雨径流主要污染物均为SS、COD、TN、Pb、Cr,路面和绿地径流中SS的EMCs均超过《污水综合排放标准》二级标准,3类下垫面降雨径流COD、TN、Pb、Cr的EMCs均超出《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,PAHs与国内相关研究相比属于中等污染水平,路面、屋面和绿地径流的EMC分别为266.8~389.8ng/L、254.9~303.0ng/L和231.2ng/L.路面径流SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs浓度高于屋面径流,而TN、TP、Cr等指标则相反,表明径流中TN、TP、Cr主要源于大气干湿沉降,而交通排污对SS、COD、Zn、Pb、Cu、PAHs等有较大输入贡献.3类下垫面降雨径流污染浓度输出规律差异显著,路面径流污染物初期浓度较大,受雨期交通排污影响中后段波动剧烈,屋面径流污染物浓度随径流历时持续降低且趋于稳定,绿地径流污染物浓度沿程变化相对较小.降雨强度对总量污染物浓度输出的影响大于溶解态污染物,表现为d₅₀与降雨强度呈现良好的相关性.因降雪期间污染物持续累积且径流量较小,路面融雪径流污染物浓度远大于降雨径流,而屋面融雪径流因流量较小导致携带污染物的能力较弱故水质优于降雨径流.     

上海城市屋面径流PAHs赋存特征及其生态风险评价

为研究城市屋面径流中16种US EPA优控多环芳烃(PAHs)的污染特征,采集并分析了上海3次降雨事件典型屋面径流中颗粒相和溶解相PAHs的质量浓度,对屋面径流中PAHs的质量浓度特征、动态变化过程、来源解析以及潜在的生态风险进行了分析与讨论.结果表明,屋面径流中溶解相∑16PAHs的质量浓度为33.9~581.5ng/L,颗粒相PAHs的质量浓度为134.6~27528ng/L,3种屋面径流PAHs含量基本为:瓦屋面>水泥屋面>沥青屋面;不同类型的屋面径流中PAHs组分具有明显的相似性,均以3~4环组分为主,苯并[a]芘BaP的场次降雨事件平均浓度(EMC)值为17.4~378.5ng/L,超过我国规定的污水中BaP排放标准.源解析结果表明,瓦屋面径流中PAHs的主要来源为机动车排放源和燃煤源;沥青屋面和水泥屋面径流中PAHs主要来源于机动车排放源、燃煤源和石油类泄露和挥发源.屋面径流中PAHs毒性当量浓度为6.08~16.86ng/L,超过我国规定的标准限值,对环境存在一定的危害,应引起足够的重视.     

城市路面径流重金属排放规律及初期效应研究

在西安市城市主干道南二环太白立交高架段设置路面径流采样点,采用降雨-产流-产污同步观测的试验方法,对2014年7月—2015年8月的6场降雨径流事件进行采样,监测径流过程中Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd的浓度变化,并研究其污染排放规律及初期冲刷效应。结果表明:路面径流污染排放规律与降雨特征及污染物赋存状态密切相关,溶解态重金属浓度均在径流初期达到峰值;颗粒态重金属浓度峰值出现时间略滞后于雨强峰值;重金属总量初期冲刷程度的强弱和溶解态重金属的差异较大,重金属总量初期冲刷程度越强,溶解态重金属反而越弱。     

深圳湾生态系统多环芳烃(PAHs)特征及其生态危害

2004年在深圳湾海域采集海水、悬浮物、表层沉积物和柱状沉积物样品,并分析其中15种多环芳烃的含量及其相关参数,同时采用210Pb法测定柱状沉积物的年龄.结果表明,海水、悬浮物、表层沉积物和柱状沉积物中总的PAHs含量分别为(69.4±24.7)ng·L-1、(429.1±231.8)ng·g-1、(353.8±128.1)ng·g-1和(321.1±134.6)ng·g-1,各介质优势组分均为菲、荧蒽和芘;1948～2004年期间,深圳湾柱状沉积物中PAH各单体的浓度总体上一直在增加,PAHs的平均沉积通量为89.9ng/(cm2·a);PAH各单体在沉积物/海水中的分配系数(Koc)与其相应的辛醇/水比(Kow)存在明显的正相关性,即可用PAH的Kow值来预测深圳湾海域PAH的Koc.目前,水体与沉积物中PAH含量对该海域的水生生物尚未构成威胁.     

城市不同功能区PAHs多介质累积规律研究

以上海市为例,分析了城市地表灰尘、土壤和行道树叶片累积PAHs的水平差异,探讨了形成这种累积规律的原因与机制.结果发现,同一功能区内,地表灰尘和土壤中PAHs含量较高,分别为8 992～141 723 ng·g-1(均值为54 964 ng·g-1)、9 306～146 689 ng·g-1(均值为56 883 ng·g-1);而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片内含量较低,且悬铃木叶片中的含量普遍高于小叶黄杨叶片,含量分别为2 423～32 883 ng·g-1(均值为12 983 ng·g-1)、1 498～19 418 ng·g-1(均值为7 612 ng·g-1).不同功能区之间,地表灰尘和土壤中PAHs总量存在显著差异,而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片对PAHs的累积水平相似.灰尘和土壤中PAHs组分构成具有明显的功能区差异,且高环PAHs含量占主导地位.植物叶片中PAHs组分构成在不同功能区具有相似性,且低环组分占绝对优势,高环组分含量很少.这种累积规律与PAHs的理化性质,以及各介质累积PAHs的主要途径和方式密切相关.     

城市地表径流污染物浓度数学模型的建立及验证

针对目前描述城市地表径流污染物排放过程的数学模型不能完全适用于不同降雨过程的情况,本研究建立了一个全新的P/r模型.P/r模型以地表沉积物量(P)与降雨强度(r)的比值为主要参数,描述了降雨过程产生的地表径流中污染物的排放规律.基于对发生在陕西省西安市的3场降雨事件的实测数据的模拟,本研究建立的P/r模型的预测值与实测值的归一化目标函数、相关系数和相关指数均优于Sartor-Boyd冲刷模型.根据对P/r模型进行的不确定性分析,当Nash-Sutcliffe效率系数为0.46时,采用P/r模型对陕西省西安市地表径流中的污染物浓度进行模拟时应采用的最大比浓度常数(Km)和径流冲刷能力半饱和常数(KS)的取值范围分别为0.65~1.35 kg·min·L-1和0.16~0.22kg·min·mm-1·L-1.P/r模型的预测带平均相对宽度(ARIL)为1.21,预测带对实测值的覆盖度为67%.Sartor-Boyd冲刷模型对具有地表径流初期冲刷效应且降雨强度波动较小的降雨事件的模拟结果较好,但对于不具有地表径流初期冲刷效应的降雨事件、间歇性降雨事件及降雨强度波动较大的降雨事件并不适用.本研究建立的P/r模型的适用范围广泛,对于上述Sartor-Boyd冲刷模型不能适用的降雨事件均可适用.与Sartor-Boyd冲刷模型相比,P/r模型能够更好的描述城市地表径流的污染物排放规律.P/r模型的提出能够进一步推动地表径流排污过程数学模型的发展.     

闽江福州段沉积物中多环芳烃的分布、来源及其生态风险

对闽江福州段37个沉积物样品中的15种多环芳烃(PAHs)进行了研究.结果表明,15种PAHs的总量在241.5～1310.8ng·g-1之间,均值为630.9ng·g-1,且从上游到下游整体上呈下降的趋势,但在福州市区附近有突增的现象.沉积物中有机质含量(SOM)与PAHs总量呈显著正相关(r=0.58,p<0.01).同时,应用因子分析和多元线性回归方法对PAHs进行了源解析.结果表明,煤燃烧来源占31.7%,汽油燃烧占25.2%,柴油燃烧占28.7%,石油泄漏源占14.5%,石油燃烧是闽江福州段沉积物中PAHs的主要来源.用效应区间中值ERM(the effects range median)和效应区间低值ERL(the effects range low)及其商值平均方法对闽江福州段沉积物中PAHs的生态风险进行了评价.结果表明,有4个样品芴的含量超过ERL指导值(19ng·g-1),具有一定的生态风险,其余PAH单体和PAHs总量都不超标.     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.     

北京市新建城区不透水地表径流N、P输出形态特征研究

2010年通过对北京市新建城区典型不透水地表径流水样的采集与分析,研究新建城区地表径流水质特征及其N、P输出形态组成,以期为城市地表径流污染的源区控制提供科学依据.结果表明,北京市新建区典型不透水地表屋面和道路地表径流污染初期冲刷效应显著,屋面径流污染负荷的输出主要集中在初期10 mm径流,而道路径流污染负荷的输出主要集中在初期15 mm径流.屋面地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为50.2、81.7、6.07、2.94、1.05和0.11 mg·L-1;道路地表径流TSS、COD、TN、NH4+-N、NO3--N和TP事件浓度均值分别为539.0、276.4、7.00、1.71、1.51和0.61 mg·L-1.屋面径流颗粒态COD、TN和TP分别占20.8%、12.3%和49.7%,道路径流颗粒态COD、TN和TP分别占68.6%、20.0%和73.6%.屋面径流溶解性氮素占总氮87.7%,其中NH4+-N和NO3--N分别占57.6%和22.5%,道路径流溶解性氮素占总氮的80.0%,其中NH4+-N和NO3--N分别占42.1%和35.0%.城市地表径流污染控制应加强NH4+-N和NO3--N的去除.     

青岛近岸表层海水中PAHs的分布特征及物源初步解析

采用固相萃取-高效液相色谱-荧光检测法分析了青岛近岸海水中15种PAHs的质量浓度.结果表明,海水中PAHs的总量变化范围为8.23～272.02 ng.L-1,河口区质量浓度最高,远离城区的清洁区质量浓度最低.就组成特征而言,2～3环PAHs是其主要组分,占总量的质量分数为52.2%～93.8%,4～6环PAHs占总量的质量分数为6.2%～47.8%.表层海水中PAHs总浓度和DOC浓度之间有较好的相关性,相关系数为0.944 3.青岛湾表层海水中PAHs浓度组成相对稳定.利用Fl/(Fl+Py)和An/(An+Ph)分析表层海水中PAHs的来源,结果表明除清洁区表层海水中PAHs主要来源于煤和木材燃烧外,青岛近岸海水中的PAHs主要来源于石油制品和石油燃烧.     

广西大石围巨型漏斗土壤中多环芳烃与环境因素

选择典型的广西乐业大石围巨型岩溶漏斗(天坑)为研究对象,采集大石围漏斗不同部位的表层土壤,采用气象仪器观测大石围漏斗的环境因子,利用气相色谱-质谱仪(GC-MS)测定16种多环芳烃(PAHs)优先控制污染物.结果表明,大石围天坑群地表(正地形)土壤中ΣPAHs浓度范围为75.20～373.79 ng·g-1,平均值120.70 ng·g-1;地下(负地形)土壤,绝壁中ΣPAHs浓度范围为19.88～330.79 ng·g-1,平均值131.86 ng·g-1;底部中ΣPAHs浓度范围为127.48～661.62 ng·g-1,平均值395.22 ng·g-1;地下河(洞穴)中ΣPAHs浓度范围为1 132.11～1 749.95 ng·g-1,平均值为1 412.39 ng·g-1;土壤中PAHs以4～6环为主.比值法推断大石围漏斗土壤PAHs的来源主要为化石燃料燃烧源,主要污染途径为大气传输沉降.总体上,大石围漏斗土壤中PAHs浓度的空间分布随温差和相对湿度的升高呈现地面-绝壁-底部-地下河(洞穴)逐渐增加,PAHs显示"冷陷阱效应"的垂向富集与分异作用.影响PAHs分布的主要环境因素是温度,其次是湿度、风向和风速,在漏斗局部显示多环境因子共同作用.环境因子夏季影响大于冬季.监测发现,2007年比2006年大石围漏斗底部土壤中PAHs的浓度增加了3.5倍.因此,本研究提出巨型岩溶漏斗PAHs的富集和分异作用与环境因素密切相关.