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        化工廠周邊土壤和大氣沉降中多環(huán)芳烴組成分布特征及源解析

        2019-11-08 06:01:33王燕張瑩侯博陳秀娜吳哲
        粘接 2019年9期
        關(guān)鍵詞:多環(huán)芳烴

        王燕 張瑩 侯博 陳秀娜 吳哲

        摘要:文章在研究16種不同類型的優(yōu)控多環(huán)芳烴((PAHs)的主要含量以及其分布特征之時,以石化工業(yè)區(qū)附近20個表層土壤中的樣品為基礎(chǔ),通過分析它被污染的程度以及污染物的來源,我們可知,不同采樣點土樣里面的16種PAHs質(zhì)量濃度處于268.16-3304.60ug/kg范圍之內(nèi),除去芴、苊,剩下的14種都被檢出含有PAHs,由此可推斷出此化工廠附近土壤幾乎都被PAHs所干擾,并且污染較為嚴(yán)重,為中重度污染。

        關(guān)鍵詞:附近土壤;多環(huán)芳烴;中重度污染

        中圖分類號:0625文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1001-5922(2019)09-0109-04

        多環(huán)芳烴(PAHs)為有機(jī)污染物的一種,其最重要的特性是半揮發(fā)性以及潛在致癌性,構(gòu)成部分為2個以及多個稠合芳環(huán)。在20世紀(jì)70年代,16種PAHs被當(dāng)作優(yōu)先污染物。從PAHs的主要來源看,以燃料為主,大都是由于煤以及石油等沒有被完全燃燒,工業(yè)生產(chǎn)以及汽車尾氣排放。

        1研究區(qū)概況

        為保證實驗結(jié)果更具有說服力,本文以某石化工業(yè)區(qū)為研究對象,該地歷史悠久,產(chǎn)生時間早,至今有40多年的歷史,占地面積大,為9.4km2,和市中心距離遠(yuǎn),相差60km,為我國現(xiàn)代石油行業(yè)的重要地點,該地不僅生產(chǎn)成品油,還生產(chǎn)合成樹脂、纖維等。

        2材料以及方法

        2.1試劑與儀器

        無水硫酸鈉,在使用該試劑之時,應(yīng)當(dāng)將其放在450%馬弗爐里面,并灼燒4h,銅粉,兩者都屬于分析純;二氯甲烷、丙酮、正己烷、乙睛,均為色譜純。

        試驗進(jìn)行過程中使用的儀器主要包括:RE-5203旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀以及QGC-24T氮吹儀等。

        2.2采樣點布設(shè)以及樣品采集

        按照項目現(xiàn)場的實際踏勘狀況和衛(wèi)星圖像定位對土壤進(jìn)行篩選,主要選擇幾乎不受到人為因素影響的土壤,并從污染物的源頭人手,對該地主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向均勻布點,具體如圖1所示。通常情況下,一共選擇20個表層土壤樣品,采樣是時間是2018年下半年。以該地和石化工業(yè)區(qū)距離為基礎(chǔ),對采樣點劃分,一共分成四4部分:第一區(qū)域是石化一線,具體采樣點為1-6#,第二區(qū)域是石化二線,具體采樣點為7~11#,第三區(qū)域是石化三線,具體采樣點為1-16#,最后區(qū)域是石化四線,具體采樣點為17-20#。

        所有取樣點都于10mx10m之間,將其布點成梅花形的形狀,于化工區(qū)范圍內(nèi)取樣,通過四分法選擇1kg土壤,并將其均勻混合在一起。在采樣后的一天之內(nèi),對土樣進(jìn)行低溫干燥處理,清理植物根系還有附近的雜物,保證土壤的清潔。

        2.3樣品的提取和凈化

        通過電子天平測量出4g的土樣,并將其放在容量為250mL的錐形瓶之中依次添加無水硫酸鈉、銅粉(具體克數(shù)以十萬為準(zhǔn)),再添加200mL的正己烷以及丙酮混合液(比例1:1),工作人員借助自動索氏提取工具24h之內(nèi)不間斷的對其抽提,完成萃取工作后,把萃取液放于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)工具上,對其進(jìn)行蒸發(fā)濃縮,通過輕柔氮氣將萃取液吹到接近干的程度,等待凈化。凈化后,工作者首先利用40mL的正己烷對硅膠層析柱進(jìn)行琳洗;將淋洗液清理干凈,把完成濃縮工作的萃取液放于層析柱,利用60mL二氯甲烷以及正己烷對其洗脫工;由專門工作者收集洗脫液,隨后通過氮吹儀吹濃縮液,一直吹到接近干的程度,然后添加適當(dāng)?shù)囊揖Γ⒍ㄈ萦?mL;把上個步驟獲取的待測液定容,并通過單道移液器將其放于2mL自動進(jìn)樣瓶里面,完成密封后放入-4°C條件下保存。

        2.4分析方法

        色譜條件:使用的工具是高效液相色譜儀以及SIL-20A自動進(jìn)樣工具,色譜柱是(0DS-P(4.6minx250mmX5um),40°C是色譜柱溫。水和甲醇之間的體積比是20/80;7~17min后,體積比變成0/100;17~40min,將水和甲醇之間的體積比控制在0/100;等到40-42min后,水和甲醇之間的體積比為20/80,將該體積比保持60min。由此測定的流速是mL/min。

        質(zhì)量與控制:于背景值土樣里面添加16種PAHs混合標(biāo)樣,在選取土樣之時,盡可能選擇和石化工業(yè)區(qū)距離比較遠(yuǎn)的東部某農(nóng)田,隨后進(jìn)行1,10,100ug/kg試驗,要保證試驗濃度水平不同,不同濃度取3個平行樣,所有的回收率都應(yīng)控制在74%~98%范圍之內(nèi)。不僅如此,在保證背景值土樣的實際加標(biāo)量處于10ug/kg之時,再做4個平行樣,由此檢出的范圍是0.11-4.92ug/kg。

        3結(jié)果與討論

        3.1PAHs組成結(jié)構(gòu)和分布特征分析

        按照PAHs的苯環(huán)構(gòu)成特點,可把16種PAHs具體分成低分子量2-3環(huán)PAHs(主要包括萘以及苊危烯等)、4環(huán)PAHs(具體由熒蒽以及芘等),5-6環(huán)PAHs(主要有苯并[b]熒蒽以及苯并[k]熒蒽等)。不同采樣點土樣之中的PAH構(gòu)成部分以及分布特征如圖2所示。

        通過分析圖2,我們能夠看到在石化一線去區(qū)域內(nèi)所獲得的采樣點土樣所含有的4-6環(huán)PAHs濃度平均值為1771.81ug/kg,數(shù)值明顯比其他3個采點區(qū)域高。并且,高分子量PAHs的質(zhì)量濃度明顯比低分子量的高,這是濃度分布的普遍規(guī)律。另外,石化一線區(qū)域的2-3環(huán)PAHs平均質(zhì)量濃度比石化四線區(qū)域高一點,但是要比石化三線區(qū)的低。

        于石化一線至石化四線,高分子量4-6環(huán)PAHs平均質(zhì)量濃度與污染源距離具有密切聯(lián)系,具體表現(xiàn)為逐漸減少,由此可見該地PAHs分布規(guī)律和近地面的大氣流動以及遷移擴(kuò)散方向、規(guī)律有關(guān)。經(jīng)過推測我們可以看到,大氣實際的主導(dǎo)風(fēng)向能夠于不同程度上影響石化工業(yè)區(qū)域內(nèi)部所排放的PAHs遷移沉降現(xiàn)狀,進(jìn)而影響到濃度。

        綜上所述,4個采樣區(qū)域被PAHs污染的主要規(guī)律是:石化一線區(qū)受污染程度最高,其次是石化二線區(qū),再次為石化三線區(qū),最少的是石化四線區(qū),具體采樣點土樣的PAHs組分比例如圖3所示。

        通過圖3我們可以了解到,從不同采樣點獲取的土樣所具有的PAHs,大部分以4-6環(huán)為主,分布比例在53.95%-84.28%范圍之內(nèi);其中,5-6環(huán)PAHs總體比例于10.69%-40.47%范圍之間;而2-3環(huán)PAHs比例相對來說比較低,在0.68%-29.4%之間,平均比例為7.65%。

        從不同采樣點獲取的土樣所具有的PAHs具有規(guī)律性,從其組成結(jié)構(gòu)即可看出。其中石化一線區(qū)、二線區(qū)PAHs構(gòu)成方式幾乎一致,以4環(huán)PAHs最多,5—6環(huán)PAHs處于中間位置,2-3環(huán)PAHs最少。另外,石化三線區(qū)、四線區(qū)PAHs構(gòu)成方式也比較相似,有關(guān)資料顯示,低分子量PAHs的大氣流動性之所以比較強(qiáng),主要原因是其可借助大氣媒介進(jìn)行中遠(yuǎn)距離的傳輸,另外,還和農(nóng)業(yè)設(shè)備耕作以及施肥等密切相關(guān)。

        3.2PAHs的來源解析

        本文在研究過程中主要挑選類型不一的環(huán)數(shù)PAHs的相對豐度(即3-4環(huán)低分子量PAHs(LMW)和5-6環(huán)的含量之比),還有蒽在蒽以及菲總量之中所占的比例等,對PAHs的來源情況進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

        如果LMW/(LMW+HMW)比0.5小,即LMW<50%,那么可推測出PAHs的來源為燃燒源,倘若LMW/(LMW+HMW)比0.5大,即LMW>50%,那么可推測出PAHs的來源是石油類污染源。不同采樣點之中的土樣所具有的LMW和日MW比例如圖4所示。

        通過分析圖4,我們可以了解到,除9#采樣點,幾乎全部土樣LMW比例都比50%少,即采樣點土樣之中的PAHs具體來源是燃燒源。其中低分子量和高分子量的PAHs來源不同,前者是由于石油類污染物沒有完全燃燒造成的,后者是由于化石燃料在高溫下燃燒造成的。其中,9#采樣點之中的LMW比例大,PAHs濃度高可能是由于石油泄漏造成的。

        4結(jié)語

        采樣點土壤中16種PAHs的濃度為268.16~3304.60ug/kg。除去芴、苊,剩下的14種都被檢出含有PAHs,由此可推斷出此化工廠附近土壤幾乎都被PAHs所干擾,并且污染較為嚴(yán)重,中重度污染。

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