石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征

硕士学位论文DONGHUAUNIVERSITYMASTER’SDISSERTATION石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析Composition,distributionandsourceapportionmentofpolycyclicaromatichydrocarbonsinsoilandatmosphericdepositionaroundthepetrochemicalindustryregion学科专业：环境工程作者姓名：林根满指导老师：黄沈发教授吴健高工答辩日期：2015年2月学校代码：10255学号：2121228石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析东华大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析东华大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析I石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析摘要多环芳烃是一类具有致畸、致癌和致突变性的持久性有机污染物，普遍存在于大气、土壤及水体等环境介质中。本世纪以来，由多环芳烃引发的各种环境污染问题引起了世界各国学者的广泛关注和深入探讨，近年来石化工业发展对土壤、大气中多环芳烃的贡献等相关研究逐渐成为该领域的热点。本研究采用高效液相色谱对某典型石化工业区周边土壤、大气沉降中16种优控多环芳烃进行测定，分析土壤、大气沉降中多环芳烃的含量、组成结构、分布规律，探讨影响其组成分布的主要因素，并开展协同分析，估算大气沉降对表层土壤PAHs的贡献，利用异构体比率及主成分分析法对多环芳烃的进行源解析。主要研究结果如下：（1）石化工业区周边表层土壤中16种多环芳烃的总含量范围在842.8~5160.9μg/kg之间，平均含量为2095μg/kg，其中致癌多环芳烃总量约占∑PAHs的52.8%，表层土壤中∑PAHs含量与国内外相关研究区相比较高，处于重度污染水平。所有样品检测到的PAHs组成均以4~6环为主，其中4环PAHs平均占39.2%；5~6环PAHs平均占31.9%；2~3环PAHs平均占28.3%。随着与主要污染源距离增加，土壤PAHs污染程度递减，同时受到局地排放的影响。（2）石化工业区周边土壤中PAHs主要集中在表层，表层土壤石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析II（0~20cm）、中层土壤（20~40cm）和深层土壤（40~60cm）∑PAHs的平均值分别为2095μg/kg、1143.9μg/kg及591.7μg/kg。∑PAHs和TOC比例存在正相关关系，∑PAHs与TOC相关系数在0.90~0.95之间（P0.01）。随着土壤深度的增加，PAHs与TOC的含量都呈现出明显的下降趋势，4~6环PAHs所占比例降低，而2~3环PAHs所占比例逐渐升高，高环（4~6环）PAHs的纵向迁移能力要弱于低环（2~3环）PAHs，TOC可能是影响PAHs在土壤中纵向迁移的主要因素。（3）周边工业区及居民区大气沉降中∑PAHs的沉降通量平均值分别为4441.3ng/(m2·d)、3388.5ng/(m2·d)，含量平均值分别为7984.9ng/g、6944.6ng/g，大气降尘通量均值分别为0.55g/(m2·d)、0.39g/(m2·d)，工业区周边PAHs沉降通量与国内外相关研究区相比，处于中等水平。研究区自西向东PAHs沉降通量呈现出递减趋势。大气沉降中PAHs组成表现出以3~4环为主，5~6环居中，2环较低的分布规律。（4）研究区各点位降尘通量与PAHs沉降通量呈线性正相关，工业区周边及居民区相关系数分别为0.89和0.91（P0.01）。工业区周边的PAHs沉降通量与降尘通量之比明显高于居民区，这和当月主导风向（东风）、风速（2-3级）不利于污染物进行中远距离传输有关。PAHs沉降通量一定程度上受到污染排放特征、降雨、风向、风速等因素综合作用的影响。（5）土壤中PAHs的含量积累是一个缓慢长期的过程，与短期大气沉降中PAHs的含量并无明显相关性(P0.05)。表层土壤中PAHs石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析III组成以4环PAHs为主，而大气沉降中PAHs组成则以3环PAHs为主，大气沉降在一定程度上对工业区周边土壤中PAHs的积累有相当的贡献，年增加浓度约为2.91~5.89μg/kg。（6）根据PAHs特征比值法和主成分分析法判断，该石化工业区周边表层土壤中PAHs污染主要来源于工业化石燃料煤的高温燃烧，其次为交通干线上机动车尾气的排放。周边工业区及居民区大气沉降中的PAHs主要来自煤的燃烧，部分点位受到机动车尾气排放的影响，石化工业区生产排放的PAHs污染物已经影响到附近的居民区。关键词：石化工业区；多环芳烃；土壤；大气沉降；组成分布；源解析石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析IVCOMPOSITION,DISTRIBUTIONANDSOURCEAPPORTIONMENTOFPOLYCYCLICAROMATICHYDROCARBONSINSOILANDATMOSPHERICDEPOSITIONAROUNDTHEPETROCHEMICALINDUSTRYREGIONABSTRACTPolycyclicaromatichydrocarbonsareaclassofpersistentorganicpollutantswithteratogenic,carcinogenicandmutageniceffects,whicharecommoninenvironmentalmedia,suchassoil,airandwater.Sincethiscentury,variousenvironmentalpollutionproblemscausedbyPAHsattractscholarsallovertheworldtopayattentionandexplore.Inrecentyears,thestudyonPAHsinsoilandatmospherecontributedbythedevelopmentofpetrochemicalindustryhasgraduallybecameahottopicinthisfield.Theconcentrationsof16USEPAPAHsintopsoilandatmosphericdepositionaroundtypicalpetrochemicalindustrialzoneweredetectedbyHighPerformanceLiquidChromatography.Theconcentrations,compositionsanddistributionsintopsoilandatmosphericdepositionwereanalyzed,themainfactorsthataffectedthechangesofcompositionanddistributionwerediscussed,PAHsinsoilandatmosphericdepositionwerecooperativelyanalyzed,thecontributionofatmosphericdepositionofPAHstotopsoilwasestimated,thediagnosticratiosandprincipalcomponentanalysiswereusedtoanalysethesourceofPAHs,themainresultsareasfollows:(1)TheconcentrationsoftotalPAHsintopsoilaroundthepetrochemicalindustryregionrangedfrom842.8to5160.9μg/kg,andtheaverageconcentrationwas2095μg/kg,thecarcinogenicPAHsaccountedfor52.8%,comparedwithaverageconcentrationoftotalPAHsintopsoilofotherrelatedresearchareasindomesticandforeign,thePAHspollutionleveloftopsoilaresevere.Inallsamples,4~6ringPAHswerethemajorcomponents,4ringand5~6ringPAHsaverageaccountedfor39.2%and31.9%,2~3ringPAHsaverageaccountedfor28.3%.TheconcentrationsoftotalPAHsintopsoilwithincreasingdistancefromthemainsourceofpollutionshowedadeclinetrend,whichalsoinfluencedbylocalemissions.石化工业区周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析V(2)PAHsmainlyconcentratedinthetopsoilaroundthepetrochemicalindustryregion,theaverageconcentrationsofPAHsin0~20cm,20~40cmand40~60cmsoilwere2095μg/kg、1143.9μg/kgand591.7μg/kg,respectively.TherewasapositivecorrelationbetweentotalPAHsandTOC,relatedcoefficientwasbetween0.90and0.95(P0.01).Withtheincreasingofsoildepth,thecontentofPAHsandTOCemergedasasignificantdownwardtrend,theproportionsof4~6ringPAHsdecreased,whiletheproportionsof2~3ringPAHsincreased,Theverticalmigrationabilityof4~6ringPAHswasweakerthan2~3ringPAHs,TOCcouldbeamainfactorthataffectedverticalmigrationofPAHsinsoil.(3)TheaveragedepositionfluxesofPAHsinatmosphericdepositionfromthesurroundingindustrialareasandresidentialareaswere4441.3and3388.5ng/(m2·d)respectively.TheaverageconcentrationsoftotalPAHswere7984.9and6944.6ng/g,respectively,theaverageatmospheric