持久性有机污染物_POPs_研究进展

持久性有机污染物(PO Ps)研究进展

穆季平

(河南省环境保护研究所,郑州　450004)

摘　要:对持久性有机污染物的定义、特点、种类和危害进行了介绍,分析了这些物质在全球自然界中存在的量和来源,阐述了POPs在区域或全球的迁移、循环模式以及POPs的预测模型,提出了对目前和将来POPs控制的研究对策和一些意见。

关键词:POPs;　有机污染物;　持久性

中图分类号:X132 文献标识码:A 文章编号:100326504(2006)增20140204

目前,PO Ps污染已成为越来越突出的环境问题,成为世界各国关注的环境焦点。2001年5月23日,在瑞典首都签署的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(简称《公约》),标志着人类全面开始了削减和淘汰PO Ps的国际合作。本文对POPs的概念、特点、来源、危害、迁移循环模式等作一综述,为人们深入研究、管理和控制POPs提供参考。

1　持久性有机污染物定义来源危害及特性

持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants)简称POPs,具有毒性、生物蓄积性和半挥发性,难降解、可发生长距离迁移,并能在环境中持久存在的天然或人工合成的有机污染物质[1]。一方面由于农用的需要,人们生产POPs,并施用于土壤和作物中;另一方面,金属冶炼、垃圾焚烧以及五氯苯酚和多氯联苯的生产,将POPs带入环境[2]。PO Ps大多对人类和动物有较高毒性,可导致动物以及人类的死亡、畸形儿、中枢及周围神经系统损伤、生殖系统及免疫系统伤害等[3]。

(1)持久性。PO Ps在环境中对于正常的生物降解、光解和化学分解作用有较强抵抗能力,因此它们一旦排到环境中,可以在大气、水体、土壤和底泥等环境中长久存在,这是POPs在全球迁移循环主要原因。

(2)远距离传输性[122]。PO Ps具有半挥发性,它们易于从土壤、生物体和水体中挥发到大气中并以蒸气形式存在或吸附在大气颗粒物上,又由于它们在气相中很难发生降解反应,所以会在大气环境中不断地挥发、沉降、再挥发,进行远距离迁移后而沉积。这一特性使PO P影响到全球范围,特别是极地地区,表现出所谓的“全球蒸馏效应”、

“蚱蜢跳效应”。

(3)生物蓄积性[3]。PO Ps是亲脂疏水性物质,这就意味着它们易于进入生物体的脂肪组织,并且积累的浓度会随着食物链的延长而升高,即生物放大作用。作者简介:穆季平(1955-),男,工程师,主要从事环境保护研究工作。研究发现生物放大作用可使最高级的哺食者体内的POPs浓度比环境中的浓度高很多个数量级。

2　持久性有机污染物的种类及污染现状

《公约》最初规定削减和淘汰12种(类)物质,包括三大类[4]:杀虫剂。农药是P0Ps的一个非常重要来源,虽然现在许多发达国家已不断减少具有持久性和生物富集性化学品的使用,但许多发展中国家,尤其是热带地区的国家,还在大量使用这类农药。共9种,包括艾氏剂(aldrin);氯丹(chlordane);灭蚁灵(mirex);滴滴涕(DD T);狄氏剂(dihedron);异狄氏剂(en2 drin);七氯(heptachor);六氯苯(HCB);毒杀芬(toxa2 p hene);工业化学品。包括多氯联苯(PCBs)和六氯苯(HCB)。PCBs用作电器设备如变压器、电容器、充液高压电缆和荧光照明整流以及油漆和塑料中,是一种热交流介质,也是某些工业过程非故意生产的副产品;生产中的副产品。包括二噁英(PCDDs)和呋喃(PC2 DFs)。二噁英类物质的来源包括城市垃圾、医院废弃物、木材及废家具的焚烧,汽车尾气、有色金属生产、铸造和炼焦、发电、水泥、石灰、砖、陶瓷、玻璃等工业。

(1)大气中的持久性有机污染物。在大气中POPs或者以气体的形式存在,或者吸附在悬浮颗粒物上,发生扩散和迁移,导致POPs的全球性污染。调查表明,德国每天从空气中沉积落地的颗粒物中的二噁英浓度在5～36Pg TEQ/m3(TEQ为总毒性当量)[5];台湾南部农村大气PCBs浓度为2.50ng/m3,台湾南部城市大气PCBs浓度为4.51ng/m3,台湾南部工业区大气PCBs浓度为5.91ng/m3[6]。

(2)水体/沉积物中的持久性有机污染物。水和沉积物是PO Ps聚集的主要场所之一,世界绝大多数的城市污水,水库、江河和湖海都不同程度地受到POPs 的污染。研究表明,在德国城市污水中都存在PCDD/ Fs[5]。我国西藏南迦巴瓦峰表层沉积物、东海岸三个出海口的沉积物、太湖湖区表层沉积物、广东大亚湾表

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层沉积物、大连湾表层沉积物、珠江三角洲地区河流表层沉积物、珠江澳门河口沉积物均不同程度地受到POPs的污染[728]。

(3)土壤中的持久性有机污染物。土壤是植物和一些生物的营养来源,土壤中的PO Ps无疑会导致POPs在食物链上发生传递和迁移。已经在世界各国土壤中都发现了POPs[1,9]。

对天津市郊污灌区农田土壤的检测表明[10],有机氯农药的检出率均为100%,其中污灌菜地的污染状况最为严重,六六六残留量达4.04μg/kg,DD T达2.70μg/kg,普遍高于其它地块,表现出污灌的显著影响,无污水灌溉的旱地污染较轻。

(4)生物中的持久性有机污染物。对我国生产的各类食品中调查表明,蛋、乳制品及植物油等脂类农产品中有机氯农药总量仍很高[11];目前无论海洋生物还是陆地物种,无论是低等的浮游生物或动物,还是人类自身,都遭受到PO Ps的污染和威胁[12]。2000年对广州和香港经济较为发达地区的研究表明[13],母乳中六六六、DD T残留量仍显著高于美国、德国、瑞典和西班牙等发达国家。

3　POPs在区域或全球的迁移和循环

3.1　POPs全球归趋机制探讨

(1)全球蒸馏(Global distillation)。最早提出这个概念的是G oldberg[14],他用这个概念来解释DD T 通过大气传播从陆地迁移到海洋的现象。从全球来看,由于温度的差异,地球就像一个蒸馏装置,在低、中纬度地区,由于温度相对高,具有半挥发性的POPs挥发速率大于沉积速率,使得它们不断进入到大气中,并随着大气运动不断迁移,当温度较低时,沉积速率大于挥发速率,POPs最终在较冷的极地地区积累下来。这就表明,不论在什么地方使用或释放PO Ps,两极地区都将成为全球POPs的汇。

(2)蚱蜢效应(Grasshopper effect)[14215]。Wania 认为化合物的物理化学特性以及一些与冷暖有关的环境因素对PO Ps“全球分配”的影响可能甚至比POPs 的排放地和传播途径更重要,尤其是PO Ps在向高纬度迁移的过程中会有一系列相对短的跳跃过程,因为在中纬度地区季节变化明显,在温度较高的夏季POPs易于挥发和迁移,而在温度较低的冬季,POPs 又易于沉降下来,总体表现出跳跃式跃迁。

(3)POPs全球归趋的其它影响因素[16]。大气的稀释作用,能把POPs从释放源带到“清洁”地区(PO Ps没有大量使用或释放);物理去除作用,如一部分POPs会埋于或吸附于土壤、泥炭或沉积物中,这部分POPs不参与全球迁移和循环;在土壤或沉积物中,形成键合残留物,这部分POPs也不参与全球循环; POPs的化学反应,尤其是和大气中・O H的反应[17],不同地区的反应速率是不同的;生物降解,发生在土壤、沉积物、水、食物链中,一定的生物降解作用,使一小部分PO Ps也不参与全球循环;空气-界面交换过程,POPs在大气与各介质表面进行交换时,影响交换速度的因素较复杂,有些还不十分清楚,这就增加了预测POPs在全球变化趋势的难度。

3.2　POPs在区域或全球范围内迁移循环的模型研究

通过建立模型对于研究POPs在全球的迁移、循环是很有帮助的。在地区范围内,对于易于定性的POPs可通过质量守衡模型预测它们在各环境介质中的浓度[18],为标准的制定提供依据。大范围内的模型也能提供有价值的数据,可为法律法规提供参考,如在全球范围内,已成功地获得了从1947年到现在所释放的а2HCH在全球分配的模型,由这些模型算得的在大气和海洋中的浓度数据和监测值基本一致。但在建模方面也遇到了许多困难,主要表现在[16218]:(1)关于POPs在过去和现在地区性或全球性的使用和排放的资料很少,甚至没有;(2)对PO Ps的循环机制以及在深海中的迁移还有待进一步了解;(3)对于不同高度,不同纬度大气中不同PO Ps的化学反应速率还没有确定;(4)缺少各地区大气、水、土壤、沉积物中POPs残留量的数据,特别是非洲、亚洲、前苏联、南非和海洋;

(5)在环境介质中生物降解速度的不确定;(6)POPs 进入到环境中,需要多长时间能在各媒介中达到平衡状态的问题还有待解决;(7)无论是在地区水平上,还是在全球范围内,对于PO Ps是否已达到稳态缺少足够的证据。

3.3　POPs的环境再循环

在20世纪40年代到70年代,PO Ps在环境介质中的交换转移主要表现为,从大气以干沉降或湿沉降的方式转移到水体和土壤介质中,而从水体和土壤中挥发出来进入大气的过程是相对次要的,但在近30年,情况正好相反,POPs从水体和土壤中挥发出来进入大气的过程是相对主要的。研究表明,当一级污染源得到控制并减少时,PO Ps空气浓度起初呈降低趋势,但经过一定时间后,POPs空气浓度却“维持”在一定水平,此时二级污染源起“维持”作用。

科学家发现,可再循环的PO Ps的大气浓度与温度的季节变化或昼夜变化有关[19],但是检测表明,PC2 DD/Fs大气浓度冬天总是高于夏天,这在很大程度上说明了一级污染源(燃烧过程)仍然是大气PCDD/Fs 主要的源。总的来说,一级污染源和二级污染源都是

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