有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中的轉(zhuǎn)遷系數(shù)

王永強(qiáng)　李忠河　閆先收　王煒亮

【摘 要】本文綜述了流域水環(huán)境中有機(jī)污染物的種類、來(lái)源，對(duì)流域水環(huán)境中有機(jī)污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)進(jìn)行探討，包括擴(kuò)散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)等，得出有機(jī)污染物的理化性質(zhì)、污染物間相互作用及外界環(huán)境條件等是影響其在水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷的主要因素，并針對(duì)流域水環(huán)境有機(jī)污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)研究進(jìn)行展望。

【關(guān)鍵詞】流域；有機(jī)污染物；轉(zhuǎn)遷系數(shù)

流域水環(huán)境中有機(jī)污染物的種類多、來(lái)源廣、性質(zhì)復(fù)雜，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康具有潛在威脅。本文探討有機(jī)污染物種類、來(lái)源，對(duì)國(guó)內(nèi)外部分典型有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中遷移系數(shù)和轉(zhuǎn)化系數(shù)進(jìn)行研究，主要包括擴(kuò)散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)六個(gè)方面。

1 有機(jī)污染物的種類、來(lái)源

1.1 有機(jī)污染物的種類

流域水環(huán)境中有機(jī)污染物大致可分為兩類：一類是天然有機(jī)物也叫做傳統(tǒng)有機(jī)物，天然有機(jī)物中的有機(jī)腐殖質(zhì)根據(jù)其溶解性的不同可以分為三類：腐殖酸、胡敏素和富里酸，在一般情況下這類有機(jī)污染物在水體中會(huì)隨時(shí)間逐漸被分解和重新利用，只有經(jīng)過(guò)某些物理化學(xué)反應(yīng)后，這類有機(jī)污染物才會(huì)轉(zhuǎn)化成為對(duì)人類有害的物質(zhì)。另一類是人工合成有機(jī)物，難于降解，容易殘留在環(huán)境中，同時(shí)具有生物富集性，其中多氯有機(jī)物和為取代有機(jī)氯農(nóng)藥而發(fā)展起來(lái)的新型有機(jī)磷農(nóng)藥是水體中的兩類重要有機(jī)污染物[1]。

1.2 有機(jī)污染物的來(lái)源

目前，流域水環(huán)境中有機(jī)污染物的來(lái)源非常廣泛，例如，由2012～2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得出，南四湖流域流域主要污染源為農(nóng)業(yè)污染源、生活污染源、企業(yè)污染源、城鎮(zhèn)污水處理廠，其排放比例分別為44%、24%、17%和6%。

2 流域水環(huán)境有機(jī)污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的對(duì)有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷系數(shù)的理論及實(shí)驗(yàn)計(jì)算方法較多，根據(jù)有機(jī)污染物自身物理性質(zhì)以及環(huán)境影響條件的不同等，有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷系數(shù)有擴(kuò)散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)。

2.1 擴(kuò)散系數(shù)

有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中的擴(kuò)散系數(shù)主要受河流湖泊的水利條件影響，有機(jī)污染物進(jìn)入河流后會(huì)隨河流流動(dòng)進(jìn)行橫向、縱向和垂直方向的擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散、稀釋進(jìn)而濃度發(fā)生變化。張轉(zhuǎn)等[2]在河流二維穩(wěn)定水質(zhì)模型的基礎(chǔ)上建立了模糊線性回歸模型，利用污染物示蹤的方法，通過(guò)計(jì)算與實(shí)際案例驗(yàn)證確定了某河流的橫向擴(kuò)散系數(shù)D的取值區(qū)間為0.0098～0.0101m2/s以及河流流速V的取值區(qū)間為0.9945～1.0103m/s。

2.2 分配系數(shù)

有機(jī)污染物在河流中會(huì)被河流底部沉積物所吸附，而這種吸附作用并不是絕對(duì)的，當(dāng)河流水利條件等發(fā)生變化時(shí)，部分有機(jī)污染物會(huì)從沉積物上解析出來(lái)，重新進(jìn)入水體中。有機(jī)污染物在沉積物/水界面間存在著這種吸附解析的動(dòng)態(tài)平衡，就存在著有機(jī)物在沉積物/水界面間的分配系數(shù)，因此分配系數(shù)會(huì)受到河流水利條件、有機(jī)污染物本身的性質(zhì)和其他污染物的影響。譚睿婕等[3]對(duì)典型內(nèi)分泌干擾物雙酚A在沉積物/界面間的分配進(jìn)行了研究，得出雙酚A在沉積物/水界面間的分配系數(shù)范圍為0.0391～0.684L/kg，而且沉積物上雙酚A濃度與水體中雙酚A濃度呈正比。

2.3 揮發(fā)系數(shù)

有機(jī)污染物揮發(fā)過(guò)程發(fā)生在水/氣界面間，其揮發(fā)系數(shù)常用揮發(fā)數(shù)率常數(shù)表示，有機(jī)污染物的揮發(fā)過(guò)程會(huì)受到自身物理性質(zhì)、水體環(huán)境條件以及空氣流速等因素的影響。郭琳等[4]對(duì)水環(huán)境中有機(jī)污染物菲的揮發(fā)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)不同轉(zhuǎn)速來(lái)模擬實(shí)際河流流動(dòng)情況，將轉(zhuǎn)速由0r/min提高至150r/min，10h后菲的揮發(fā)去除率由19%升高到47.5%，菲的揮發(fā)去除率與溫度也呈正比，當(dāng)溫度由19℃升高到35℃，10h后由揮發(fā)去除率由56.2%變?yōu)?2.2%，證明了河流紊動(dòng)程度以及溫度都對(duì)有機(jī)污染物菲的揮發(fā)系數(shù)存在影響。

2.4 綜合降解系數(shù)

李晶瑩等[5]對(duì)沂沭泗流域的COD降解系數(shù)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)期間流域內(nèi)降解條件良好，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析處理以及對(duì)流域斷面COD的實(shí)地測(cè)量，得出COD降解系數(shù)計(jì)算值依次為0.22d-1、0.22d-1、0.29d-1，實(shí)測(cè)值依次為0.23d-1、0.23d-1、0.28d-1，COD降解系數(shù)的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值之前都存在著4%左右的誤差，其產(chǎn)生的原因主要是忽略了下游斷面污染物排放的不穩(wěn)定性。張麗亞等[6]對(duì)淮河流域洪河五溝營(yíng)-塔橋鄉(xiāng)河段COD綜合降解系數(shù)進(jìn)行了測(cè)算，得出該河段在豐水期、平水期、枯水期的COD綜合降解系數(shù)均值分別為0.0938d-1、0.0796d-1、0.0683d-1，可以看出不同的水期所測(cè)得的COD綜合降解系數(shù)存在差別：豐水期>平水期>枯水期。

2.5 光解系數(shù)

有機(jī)污染物的光解系數(shù)常用其光解速率常數(shù)表示，有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中的光解作用是其遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程中最為重要的過(guò)程之一，受光照強(qiáng)度、pH、溫度及和其他污染物質(zhì)相互作用的影響較大。崔飛飛等[7]測(cè)得了水中9種抗生素的光解速率常數(shù)在0.13×10-2～1.14min-1范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)不同的抗生素由于本身物理性質(zhì)的差異，光解速率常數(shù)差別很大，還研究了硝酸根、氯離子和溶解性有機(jī)質(zhì)對(duì)抗生素巴洛沙星光解速率常數(shù)的影響。

2.6 生物降解系數(shù)

生物降解系數(shù)受季節(jié)、溫度、生物種類以及水文水利狀況影響。馮帥等[8]對(duì)太湖流域有機(jī)污染物生物降解系數(shù)進(jìn)行研究，利用一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)高錳酸鹽指數(shù)與氨氮的生物降解系數(shù)和綜合降解系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出兩者生物降解系數(shù)分別為0.0083～0.1264d-1和0.0021～0.2138d-1，綜合降解系數(shù)為0.0216～0.1974d-1和0.0152～0.3123d-1，生物降解系數(shù)占綜合降解系數(shù)的比重均值分別為49.28%、57.29%，表明生物降解對(duì)于氨氮的降解作用強(qiáng)于高錳酸鉀指數(shù)。

3 結(jié)語(yǔ)

流域水環(huán)境受到不同種類與來(lái)源的有機(jī)物污染，有機(jī)污染物的排放及其在水體中的遷移轉(zhuǎn)化是影響水體污染程度的關(guān)鍵。有機(jī)污染物本身的理化性質(zhì)如辛醇-水分配比、揮發(fā)性、可光解性和可生物降解性等，流域水環(huán)境中的水文水利狀況、溫度、pH及光照強(qiáng)度等環(huán)境條件，污染物質(zhì)之間的相互作用以及季節(jié)的不同等，都對(duì)有機(jī)污染物在流域水環(huán)境中的轉(zhuǎn)遷有影響。

流域水環(huán)境有機(jī)污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)的研究尚待深入，有機(jī)污染物遷移過(guò)程和轉(zhuǎn)化過(guò)程往往同時(shí)發(fā)生，對(duì)于流域水環(huán)境中有機(jī)污染物的轉(zhuǎn)遷系數(shù)研究應(yīng)從有機(jī)污染物的遷移和轉(zhuǎn)化兩方面展開(kāi)，并對(duì)研究過(guò)程中的影響因素和情形考慮全面，模擬和實(shí)際驗(yàn)證并重。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王未，黃從建，張滿成，等.我國(guó)區(qū)域性水體農(nóng)藥污染現(xiàn)狀研究分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013，39（5）：5-9.

[2]張轉(zhuǎn)，常安定，王媛英，等.基于正態(tài)模糊線性回歸確定河流橫向擴(kuò)散系數(shù)[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2015，32（8）：22-25.

[3]譚睿婕.渾河水系典型EDCs的分布特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D].首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)，2016.

[4]郭琳，席宏波，楊琦，等.菲的揮發(fā)特性及揮發(fā)模型研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2013（s2）：15-21.

[5]李晶瑩，曹升樂(lè)，楊裕恒.沂沭泗流域降解系數(shù)及納污能力測(cè)算研究[J].水資源與水工程學(xué)報(bào)，2017，28（1）：26-31.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint