土壤中氯代有机化合物的环境行为

土壤中氯代有机化合物的环境行为

赵志强　赵慧敏　全燮

(大连理工大学环境科学与工程系　大连　116012)

摘　要 氯代有机化合物是一类重要的环境污染物质,由于其大多数具有较高的沉积物-水分配系

数,故一旦进入环境系统,可迅速被土壤、水体和沉积物吸附,并且易通过食物链在动物和人体中富集,对生态系统造成巨大的危害。因此,土壤中氯代有机化合物的环境行为是当今世界环境科学界的研究热点,本文系统总结了有关这方面的研究成果和进展。

关键词 氯代有机化合物;难降解有机物;环境行为

氯代有机化合物是指脂肪烃、芳香烃及其衍生物中的一个或几个氢原子被氯原子取代之后的产物,其不仅难降解,而且具有极大的危害性。几乎所有的氯代有机化合物都有毒性,其中许多化合物还具有“三致”效应。由于其种类繁多,又是重要的化工原料、中间体和有机溶剂,因而被广泛地应用于化工、医药、农药、制革等行业。氯代有机化合物通过挥发、容器泄漏、废水排放、农药使用及含氯有机物成品的燃烧等途径进入环境,严重污染了大气、土壤、地下水和地表水。因此,关于氯代有机化合物的环境行为以及修复技术成为广大环境工作者的研究热点。有关水体中氯代有机化合物的报道颇多,其迁移转化机理逐渐明了,相关的污染控制技术也日臻成熟。而土壤的组成及机理复杂,故研究氯代有机化合物在土壤中的环境行为的报道相对较少,但由于其可能造成食物链、地下水和地表水污染,氯代有机化合物的土壤污染引起各国政府及环境界的广泛重视。

土壤既是污染物的载体,又是污染物的自然净化场所。进入土壤的氯代有机化合物同土壤物质和土壤生物发生各种反应,进而产生降解作用。氯代有机化合物进入土壤后,可能经历以下几个过程:(1)与土壤颗粒的吸附及解吸;(2)挥发和随土壤颗粒进入大气;(3)渗滤至地下水中或随地表径流迁移至地表水中;(4)通过食物链在生物体内富集或被降解;(5)由生物和非生物降解。本文从以上5个方面概述氯代有机化合物在土壤中的迁移、转化等环境行为。

1　吸附与解吸

氯代有机化合物的吸附与解吸主要取决于其物理和化学性质。对于氯代芳香族化合物来说,由于其通常具有较低的水溶解性和高的正辛醇-水分配系数,所以环境中的氯代芳香族化合物绝大部分被分配到沉积物有机质中或土壤有机质中。例如:在1989年关于第二松花江水质的调查中发现:多氯联苯(PCB )在水中和沉积物中的浓度分别为0.013微克/升水和0.62微克/千克沉积物;六六六(HCH )在水中和沉积物中的浓度分别为0.124微克/升水和52.3微克/千克沉积物[1]。Ontarior 湖中Haron 湖中的六氯苯(HCB )含量如下:其在Ontarior 湖的水中和沉积物中的浓度分别为0.06纳克/升水和97.0微克/千克沉积物,在Haron 湖的水中和沉积物中的浓度分别为0.04纳克/升水和0.2微克/千克沉积物[2]。此

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外,土壤有机质的组成[3]、矿物质近表的特征[4]、土壤的温度等因素也影响氯代有机化合物在土壤中的吸附与解吸过程。有人曾对三氯乙烯、1,1,1-三氯乙烷等挥发性有机物在土壤上的吸附行为进行了研究,发现在相对饱和湿度为0～10%的范围内,有机物在土壤上的吸附量随湿度的增大而降低的幅度最为显著,这可能是土壤颗粒内孔充水导致吸附表面积减少的缘故[5]。

2　挥发

土壤中氯代有机化合物的挥发主要发生在地表,决定挥发行为的主要因素是其物化性质。Burhard 等曾检验了六氯苯、滴滴涕等一系列农药从土壤表面的挥发,证明挥发速率随化合物浓度、空气流速、温度和化合物的蒸气压的增加而增加[6]。对随污泥进入土壤中的氯苯类的行为的研究结果表明:挥发是其消失的主要过程。另外,氯苯的散失过程存在两步一级动力学,其解释为:随污泥施入土壤中的氯苯被土壤吸附需要一段时间,开始时存在着大量游离的氯苯,因而挥发速率较快,随后氯苯逐渐由游离态变为吸附态,挥发速率趋于平衡[7]。氯代有机化合物的挥发作用和气体沉降作用在其环境迁移行为中非常重要,比如说,在新英格兰的6个边远湖泊中发现也存在一系列的有机氯农药。由于这些湖泊的周围是森林土壤,所以从未被农药直接污染过。于是,可得出结论:挥发作用、气体沉降作用是这些未受点源直接污染地区的污染物的主要来源[8]。由此看来,地球上的各个地方都发现氯代有机化合物这一现象可以用挥发作用、气体传输和沉降作用来解释[9]。

3　渗滤

影响土壤中氯代有机化合物向地下水渗滤的因素很多,主要有土壤有机质含量、Kow (正辛醇-水分配系数)、其在土壤中的初始浓度、半衰期以及降雨量。这些因素既影响渗滤时间,又影响渗滤量。在采用流通柱实验来测定3种氯代有机挥发性化合物(三氯甲烷、三氯乙烯、四氯乙烯)在两种土壤中浓度变化的实验中发现:出水的浓度取决于单个化合物、土壤中碳的含量和腐殖酸的存在。在腐殖酸不存在的条件下,三氯甲烷的出水浓度达到最高,也就是说吸附程度最小。当将腐殖酸加入供给溶液中时,出水中的氯代有机挥发性化合物浓度提高。供给溶液中腐殖酸的浓度越高,在土壤床出水中每一种氯代有机挥发性化合物物质的浓度就越高,迁移率的提高归于氯代有机化合物与腐殖酸分子的键影响了它们在土壤液相中的溶解[10]。此外,Custanedu 等人研究了毒死蜱等6种常用农药对地下水的污染,结果发现在稻米栽培情况下,灌溉环境、松土结构以及潮湿季节使地下水中含有较高浓度的农药,并且随机井深度增加,其农药浓度呈递减趋势[11]。

4　生物富集

由于氯代有机化合物在土壤中的存在,致使土壤作物在新陈代谢中吸收、储存或降解这些化合物,进一步通过食物链在土壤动物和人体中富集。戴树桂等曾用GC /ECD 法测定土壤-小麦模拟生态系统中,2,4,6-三氯酚(TCP )浓度随时间的变化值,显示出TCP 在土壤中的半衰期为3天,在小麦中的半衰期为8天[12]。1990～1991年,在一项对加拿大中部Okanagan 河谷果树生长区和非果园区域收集鸟蛋以测定滴滴涕、滴滴异和其它有机氯含量的调查中发现,果园的鸥鸲(Turdus m igrtorius )蛋中含有大量滴滴异(高达103m g /kg )和·232·土 壤 2000年 第5期