多环芳烃在土壤中特性的研究——物理化学方面的影响

前言目前,已对两千多种化合物作了致癌试验,认为有致癌作用的有500余种,其中200余种系芳烃类。在这些致癌物质中多环芳烃是致癌物质的重要组分。因为:(1)在多环芳烃的化合物中除含有很多致癌和变异性的成分外,还含有多种促进致癌的物质;(2)多环芳烃是石油、煤炭等化石燃料中含有的各种有机     

固体废物集中处置场周边土壤多环芳烃特性

选取湖北省8家不同类型的固体废物集中处置场周边土壤作为研究对象,测定样品中16种多环芳烃的含量。结果表明,各企业周边土壤中16种PAHs的总含量范围为2.01～667.14μg/kg,其中主要处置方式为焚烧的固体废物集中处置场周边土壤中PAHs的含量相对较高。通过多环芳烃的组成特征和异构体比值法分析,固体废物集中处置场周边土壤中PAHs的来源可能与企业所处位置,自身和周围工业燃煤有关,而与企业固体废物处置方式无直接联系,大部分固体废物集中处置场周边的PAHs污染主要来源于生物质或煤炭的燃烧。按照《污染场地风险评估技术导则》计算所有PAHs累积引起的最大致癌风险,其低于USEPA推荐的一般可接受的致癌风险值,致癌风险较小,且主要由经口摄入贡献。     

温度对土壤中多环芳烃消散速率的影响

本文在实验室中对四种多环芳烃（芴，蒽，芘）作为纯化物混合加入两种不同土壤（细土和砂土）时温度对其消散速率的影响进行了１８０多天的研究，从温度从１０℃增至２５℃时促使这四种芳烃在两种土壤中的减少，温度对多环芳烃消失速率的影响取决于化合物和土壤的理化性质，在一定的土壤条件下，实验室试验所得到的这种低温条件下具有较长半衰期的结果，说明高分子量的多环芳烃具有较高的持留性。     

温度对土壤中多环芳烃消散速率的影响

本文在实验室中对种多环芳烃(芴、蒽、芘和(?))做为纯化合物混合加入两种不同土壤(细土和砂土)时温度对其消散速率的影响进行了180多天的研究。当温度从10℃增至25℃时促使这四种芳烃在两种土壤中的减少。温度对多环芳烃消失速串的影响取决于化合物和土壤的理化性质。在一定的土壤条件下,实验室试验所得到的这种低温条件下具有较长半衰期的结果,说明高分子量的多环芳烃具有较高的持留性。     

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.     

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。     

土壤中多环芳烃测定的质量控制指标研究

本文在全国多个实验室大量监测数据的基础上,对土壤中15种多环芳烃测定的精密度控制指标进行了研究。结果表明,实验室内相对标准偏差控制限值为12.4%~28.0%,实验室内相对偏差控制限值为17.1%~40.3%。     

土壤中多环芳烃的ASE前处理方法研究

通过对比试验,条件试验等对ASE提取土壤中多环芳烃的效果进行了验证。结果表明,温度80～110℃,压力1000～2000psi均适用于提取土壤中多环芳烃,萃取溶剂中含有丙酮回收率较高。萘、苊烯、二氢苊浓缩回收率偏低,其它多环芳烃全部在85％～107％,相对标准偏差均在20％以内。本文还对ASE和索氏提取进行了比对。     

山西小店污灌区土壤中多环芳烃的研究

选择典型的山西小店污灌区作为研究对象,采集小店污灌区的地下水样和土壤样,研究经过长时间、高浓度的污灌作用后,多环芳烃类物质是否有向深部迁移的可能性以及多环芳烃各单体的分布特征,并采用潜在危害指数法对污灌区重点监控指标进行筛选,结果表明:芴、菲、苊烯、荧蒽、蒽和芘6种单体易于向土壤深部迁移,这6种单体是地下水污染防治和水质安全保障的重要优控指标。该研究成果可为再生水回灌补给地下水的水质安全提供依据。     

基于土壤中多环芳烃解吸特性的生物修复效果评价

采用XAD-2树脂辅助解吸方法测试了生物堆修复前后土壤中荧蒽、苯并(a)蒽、苯并(a)芘、苯并苝这4种PAHs的解吸特性,并根据解吸结果进行了生物修复效果评价.结果表明,土壤中这4种PAHs的累计解吸量随解吸时间延长而增加,但解吸速率逐渐降低,符合"两阶段"解吸模型,生物修复前土壤中不同种类PAHs"快解吸"量占PAHs总量的32%～70%,修复后土壤中不同种类PAHs"快解吸"量占PAHs总量的14%～39%.经过6个月的生物修复,基于生物可利用含量变化的荧蒽、苯并(a)蒽、苯并(a)芘、苯并苝修复效率依次为82.9%、79.7%、64.9%、54.3%,,明显高于基于PAHs总含量的生物修复效率61.0%、51.7%、37.2%、38.7%.     

土壤中多环芳烃的SPMD辅助解吸行为研究

为了开发一种表征土壤中憎水性有机污染物解吸及生物有效性的新方法,建立了半透膜被动采样装置（SPMD）研究土壤中有机污染物解吸行为的方法,利用SPMD分析了多环芳烃菲、芘和苯并［a］芘在3种不同性质土壤中的辅助解吸行为.结果表明,SPMD是一种很好地表征土壤中憎水性有机污染物解吸及生物有效性的手段. SPMD辅助解吸多环芳烃的效率与土壤有机质及多环芳烃性质有关.随着土壤有机质含量的降低,土壤中菲和芘的SPMD解吸率逐渐升高,对于10 mg/kg染毒水平,当土壤有机质含量由18.68%降低到0.3%时,2种化合物的解吸率分别由56.45%和48.28%上升到接近100%;但是对于苯并［a］芘,粘土表现出明显的滞留能力,在有机质含量（0.3%）很低、粘土含量（39.05%）较高的3号土壤中,苯并［a］芘的解吸率仅有66.97%.不同多环芳烃SPMD辅助解吸率差别很大,随着土壤有机质含量的降低,以及污染物浓度的提高,菲和芘的解吸差异逐渐缩小,而苯并［a］芘与上述2种多环芳烃的差异很大,主要是由于苯并［a］芘具有高度亲脂性,并且分子较大,造成其容易滞留在粘土的微孔及有机质的致密结构中.     

土壤中多环芳烃的ASE前处理方法研究

通过对比试验,条件试验等对ASE提取土壤中多环芳烃的效果进行了验证.结果表明,温度80～110℃,压力1000～2000psi均适用于提取土壤中多环芳烃,萃取溶剂中含有丙酮回收率较高.萘、苊烯、二氢苊浓缩回收率偏低,其它多环芳烃全部在85%～107%,相对标准偏差均在20%以内.本文还对ASE和索氏提取进行了比对.     

温度对土壤中多环芳烃缺氧微生物降解的影响

该研究以PAHs污染土壤为研究对象,研究了不同温度条件下土壤中PAHs的缺氧生物降解规律。结果表明,土壤中细菌总数随着温度的升高而增加。经过180 d缺氧培养后,当温度从20℃升至30、40、50和60℃时,土壤中的细菌总量较20℃处理组土壤中的细菌总量分别增加了0.07、0.37、0.55和0.60个数量级。原土中微生物优势种群为变形杆菌门和放线菌门。而随着温度的升高,厚壁菌门逐渐转变为优势种群。经过180 d缺氧培养,当温度从20℃上升至60℃时,厚壁菌门的相对丰度由11.27%上升到90.83%。不同温度条件下PAHs降解效率基本遵循60℃>50℃>40℃>30℃>20℃的顺序,不同环数PAHs的降解效率基本遵循三环>四环>五六环的顺序。当培养温度为60℃时,PAHs的缺氧降解效果最好,三环、四环、五六环和TPAHs去除率分别达到了70.73%、55.99%、16.96%、42.26%,与20℃相比分别提高了30.69%、28.38%、9.56%、21.01%。     

表面活性剂对土壤中多环芳烃解吸行为的影响

研究了4种表面活性剂对土壤中多环芳烃(PAHs)解吸行为的影响.结果表明,表面活性剂的性质、浓度和PAHs的性质、赋存状态影响着土壤中PAHs的解吸.当表面活性剂浓度低于或接近于CMC时,对PAHs解吸没有明显的促进作用.当表面活性剂浓度高于CMC后,表面活性剂对土壤中PAHs的解吸过程有显著的促进作用.具有较低亲水-亲油平衡值(HLB)的表面活性剂对PAHs的增溶性较好.拟合土壤中PAHs的解吸率与PAHs的lgK_ow值,发现两者之间具有线性关系.人工污染土壤中PAHs解吸效果要好于采油区土壤.     

金属离子对长期污染土壤中多环芳烃解吸的影响

研究了离子强度、不同金属离子对土壤中PAHs表观解吸水平的影响.根据Pearson原理计算了菲、荧蒽、芘和苯并[k]荧蒽等几种PAHs的碱性特征参数并据此分析了其酸碱性类型.结果表明:实验条件下,解吸液中离子强度并非影响土壤中PAHs解吸的控制要素;不同硬度酸性金属离子与PAHs之间的酸碱作用是影响土壤中PAHs解吸水平变化的关键.硬酸性金属离子Ba2+、Al3+、Ca2+对土壤中PAHs的解吸具有促进作用,软酸性离子Hg2+、Ag+则具有抑制作用,比较而言交界酸性金属离子Cu2+、Fe2+、Zn2+在提高土壤中PAHs解吸上作用更加明显.     

土壤中多环芳烃微生物降解能力模拟

为了揭示微生物菌种(组合)对土壤中PAHs(多环芳烃)降解率的影响以及不同类型PAHs抗微生物降解能力的差异,分析了北京市6个不同环境功能区土壤中微生物种类及其分布特征,从中筛选出部分微生物菌种对典型PAHs和原油进行降解模拟试验,对比分析微生物对不同PAHs降解能力的差异.结果表明:① 不同菌种组合对PAHs的降解能力存在明显差异,与假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌混合菌相比,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌混合菌对PAHs的降解率高0.6%~4.5%;② 在相同降解条件下,不同PAHs的降解率存在明显差异,在单体培养基中,LMW PAHs(低环数PAHs)的降解率在25.3%以上,而HMW PAHs(高环数PAHs)的降解率都小于20.1%;③ 在单体培养基与混合培养基中PAHs的降解能力也存在一定差别,单体培养基中PAHs的降解率较混合培养基中高4.2%~26.6%;④ 无论在单体培养基中,还是混合培养基中这些化合物的降解率均存在随着降解时间的增加而增大的现象;⑤ 在原油培养基中不同PAHs的降解率更为复杂,并且出现了中低分子量PAHs降解率随降解时间增加反而降低的假象,这可能是由于随着时间增加,微生物对PAHs的降解能力加强,原油中含烷基的PAHs基团降解或HMW PAHs被微生物降解产生LMW PAHs中间产物造成.研究显示,假单胞菌属、无色杆菌、短稳杆菌和微杆菌对HMW PAHs和LMW PAHs均有明显的降解效果,但不同PAHs的降解率存在明显的差异,即使是同一单体化合物,在单体培养基、混合培养基和原油培养基三种不同的降解条件下,其降解率也具有不同程度的差别.      

荧光法测定土壤中总的多环芳烃含量

用常规荧光法分析了土壤中多环芳烃总体特征光谱,同时以多环芳烃蒽作参比,定量估测了多环芳烃在土壤中的含量。蒽的线性范围0~2.0μg/mL,相关系数0.9996,检测限0.61ng/mL;测得土壤中的多环芳烃的测量浓度均>1.01μg/g。     

荧光法测定土壤中总的多环芳烃含量

用常规荧光法分析了土壤中多环芳烃总体特征光谱，同时以多环芳烃蒽作参比，定量估测了多环芳烃在土壤中的含量。蒽的线性范围0-2.0μg/mL，相关系数0.9996，检测限0.61ng/mL；测得土壤中的多环芳烃的测量浓度均〉1.01μg/g。     

典型土壤中多环芳烃纵向迁移过程模拟研究

选择北京潮土、清源潮棕壤、江西红壤和黑龙江黑土4种典型土壤,采用土柱淋滤模拟实验方法,以菲和芘为代表,对比考察多环芳烃在不同土壤中的纵向迁移过程,综合分析土壤基本理化性质对多环芳烃纵向迁移过程的影响。结果表明:土壤细颗粒(0～20μm)含量和土壤有机质是制约多环芳烃在土壤中纵向迁移的主要因素,容重和阳离子交换量对该环境过程影响不大。淋滤结束后土柱中多环芳烃残留量监测结果显示:北京潮土中,菲和芘的平均浓度最低,分别为8.81,9.94 mg/kg;黑龙江黑土中,两者的残留浓度最高,分别达14.62、17.02 mg/kg。最后,SPSS相关性分析结果表明,土柱中菲、芘的残留量与土壤细颗粒(0～20μm)含量的相关系数分别为0.99和0.93,与土壤有机质的相关系数分别为0.74和0.88。