典型区域全氟烷基酸多介质传输与风险评价

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_411102992
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全氟烷基酸(PFAAs)在工业和生活产品中应用广泛,并作为一类新型污染物被各国政府、工业界和学术界普遍关注。我国目前已成为PFAAs最主要的生产和消费国,不可避免地导致大量PFAAs排放到环境中。本文针对我国PFAAs排放控制与监管需求,以使用量最多的全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)为代表,通过系统运用源排放数据和传输参数,分析了其环境污染途径,估算了不同途径的环境污染释放量。同时选择位于环渤海南部的大型氟化工园区为典型污染源,通过采集周边10km范围内地下水、地表水、土壤、降水和农作物等样品并测定其PFAAs浓度,进一步探讨了重要工业源周边多环境介质中PFAAs的污染模式、传输特征和生态风险,研究了当地小麦和玉米中PFAAs的赋存水平和富集规律,结合居民饮食习惯评价了潜在健康风险。  研究表明我国环境中80-90%的PFOS和PFOA排放来源于其制造与使用企业,其中大部分以工业废水的形式进行排放。除工业废水外,PFOS还主要来源于泡沫灭火剂(AFFF)和氟虫胺类农药的使用。生活污水、工业废气和垃圾填埋是继工业废水之后我国环境中PFOA的最主要来源。工业废水排放是地表水中PFOS和PFOA最主要的污染途径。除此之外,地表水中PFOS污染还主要源于AFFF大量使用后的溢流,PFOA污染主要源于生活污水排放和降水径流。土壤中大部分PFOS污染归因于AFFF和农药使用后的下渗,而PFOA污染主要与大气沉降和垃圾渗滤液有关。地表水渗流和土壤淋溶是地下水中PFOS和PFOA的最主要污染途径。大量野外监测数据也证实了工业废水、垃圾渗滤液和AFFF的使用是我国环境中PFOS和PFOA的主要来源,常导致一系列局部污染热点。大部分降水样品中PFOA浓度高于PFOS的现象也间接佐证了大气中PFOA较高的排放量。基于上述结果,我们发现降低我国PFOS和PFOA污染的最有力举措是控制工业排放,特别是工业废水排放。  氟化工园区周边地下水、地表水、农田土壤和降水中均检测到了12种目标PFAAs,其中PFOA是最主要的组分,其次是一些短链的全氟羧酸(PFCAs),这种组分构成与氟化工园区工业过程密切相关。随着与氟化工园区距离的增加,这些介质中PFAAs浓度均呈现先急剧下降后缓慢降低的指数下降趋势。污染热点发生在氟化工园区周边1km范围和废水排放的下游区域,地下水、地表水、农田土壤和降水中的最高浓度分别为273μg/L、1.86mg/L、641ng/g和4.86μg/L,所有这些值与已报道的相应介质中PFAAs浓度相比均处于最高值。  氟化工园区与接收其废水的东猪龙河对浅层地下水的污染范围至少为4km和3km。距离氟化工园区1km和受污河流1.5km范围内的地下水中PFAAs浓度远高于相关饮用水质量标准,直接饮用会导致潜在健康风险;受PFAAs重度污染的河流也可能产生潜在水生生态风险。地下水中PFAAs污染主要来源于两种途径:(1)PFAAs通过工业废水排放到地表水中,再进一步渗流到附近地下水中;(2) PFAAs通过大气排放和沉降到达地面,并进一步淋溶到地下水中。地下水中PFAAs衰减过程主要与扩散稀释和含水层固体吸附有关。由于短链PFCAs较高的移动性与较低的吸附性,在地表水渗流以及地下水扩散过程中这些组分所占比例呈上升趋势,而PFOA的相对比例逐渐降低。  土壤中PFAAs污染主要源于灌溉水和大气沉降,氟化工园区对周边土壤的污染距离至少为10km。一些高浓度的PFAAs已超过相应生态风险评价阈值,可能会对当地土壤生物造成潜在威胁。土壤与灌溉水中PFAAs浓度的对数值呈线性相关,灌溉水中长链组分更容易吸附到土壤颗粒上。氟化工园区附近降水中PFAAs处于极高水平,平均浓度达2.27μg/L,但在5km范围内明显降低。  小麦和玉米籽粒中也均检测到了12种PFAAs组分。由于富集倾向性,短链PFCAs(C4-C7)特别是全氟丁酸(PFBA)(C4)成为籽粒中PFAAs的主要组分。氟化工园区10km范围内种植的小麦和玉米均受到不同程度PFAAs污染,小麦和玉米籽粒中PFAAs的浓度范围分别为1.13ng/g-480ng/g和0.7ng/g-58.8ng/g。籽粒中PFAAs的污染热点位于氟化工园区周边1km范围和受污染的东猪龙河沿岸区域,并随着与这些污染源距离增加也呈现类似指数下降的趋势。  小麦和玉米籽粒的富集能力随着PFAA组分碳链的延长,呈逐渐降低的趋势。PFAA每增加1个碳链长度,其富集系数对数值下降0.5个单位。小麦籽粒PFAAs富集系数比玉米籽粒PFAAs富集系数高约11.6倍,这可能归因于小麦相比于玉米含有更高的蛋白质含量。土壤与籽粒中主要PFAA组分的浓度对数值呈线性正相关,表明土壤PFAAs浓度对作物富集有重要影响。通过食用受污染的小麦和玉米导致的PFAAs人体暴露可能会对当地居民产生潜在健康风险,尤其是对幼儿和儿童。
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