化工廠周邊土壤和大氣沉降中多環芳烴組成分布特征及源解析

王燕 張瑩 侯博 陳秀娜 吳哲

摘要：文章在研究16種不同類型的優控多環芳烴（（PAHs）的主要含量以及其分布特征之時，以石化工業區附近20個表層土壤中的樣品為基礎，通過分析它被污染的程度以及污染物的來源，我們可知，不同采樣點土樣里面的16種PAHs質量濃度處于268.16-3304.60ug/kg范圍之內，除去芴、苊，剩下的14種都被檢出含有PAHs，由此可推斷出此化工廠附近土壤幾乎都被PAHs所干擾，并且污染較為嚴重，為中重度污染。

關鍵詞：附近土壤;多環芳烴;中重度污染

中圖分類號：0625文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）09-0109-04

多環芳烴（PAHs）為有機污染物的一種，其最重要的特性是半揮發性以及潛在致癌性，構成部分為2個以及多個稠合芳環。在20世紀70年代，16種PAHs被當作優先污染物。從PAHs的主要來源看，以燃料為主，大都是由于煤以及石油等沒有被完全燃燒，工業生產以及汽車尾氣排放。

1研究區概況

為保證實驗結果更具有說服力，本文以某石化工業區為研究對象，該地歷史悠久，產生時間早，至今有40多年的歷史，占地面積大，為9.4km²，和市中心距離遠，相差60km，為我國現代石油行業的重要地點，該地不僅生產成品油，還生產合成樹脂、纖維等。

2材料以及方法

2.1試劑與儀器

無水硫酸鈉，在使用該試劑之時，應當將其放在450%馬弗爐里面，并灼燒4h，銅粉，兩者都屬于分析純;二氯甲烷、丙酮、正己烷、乙睛，均為色譜純。

試驗進行過程中使用的儀器主要包括：RE-5203旋轉蒸發儀以及QGC-24T氮吹儀等。

2.2采樣點布設以及樣品采集

按照項目現場的實際踏勘狀況和衛星圖像定位對土壤進行篩選，主要選擇幾乎不受到人為因素影響的土壤，并從污染物的源頭人手，對該地主導風向的下風向均勻布點，具體如圖1所示。通常情況下，一共選擇20個表層土壤樣品，采樣是時間是2018年下半年。以該地和石化工業區距離為基礎，對采樣點劃分，一共分成四4部分：第一區域是石化一線，具體采樣點為1-6#，第二區域是石化二線，具體采樣點為7～11#，第三區域是石化三線，具體采樣點為1-16#，最后區域是石化四線，具體采樣點為17-20#。

所有取樣點都于10mx10m之間，將其布點成梅花形的形狀，于化工區范圍內取樣，通過四分法選擇1kg土壤，并將其均勻混合在一起。在采樣后的一天之內，對土樣進行低溫干燥處理，清理植物根系還有附近的雜物，保證土壤的清潔。

2.3樣品的提取和凈化

通過電子天平測量出4g的土樣，并將其放在容量為250mL的錐形瓶之中依次添加無水硫酸鈉、銅粉（具體克數以十萬為準），再添加200mL的正己烷以及丙酮混合液（比例1：1），工作人員借助自動索氏提取工具24h之內不間斷的對其抽提，完成萃取工作后，把萃取液放于旋轉蒸發工具上，對其進行蒸發濃縮，通過輕柔氮氣將萃取液吹到接近干的程度，等待凈化。凈化后，工作者首先利用40mL的正己烷對硅膠層析柱進行琳洗;將淋洗液清理干凈，把完成濃縮工作的萃取液放于層析柱，利用60mL二氯甲烷以及正己烷對其洗脫工;由專門工作者收集洗脫液，隨后通過氮吹儀吹濃縮液，一直吹到接近干的程度，然后添加適當的乙睛，并定容于1mL;把上個步驟獲取的待測液定容，并通過單道移液器將其放于2mL自動進樣瓶里面，完成密封后放入-4°C條件下保存。

2.4分析方法

色譜條件：使用的工具是高效液相色譜儀以及SIL-20A自動進樣工具，色譜柱是（0DS-P（4.6minx250mmX5um），40°C是色譜柱溫。水和甲醇之間的體積比是20/80;7～17min后，體積比變成0/100;17～40min，將水和甲醇之間的體積比控制在0/100;等到40-42min后，水和甲醇之間的體積比為20/80，將該體積比保持60min。由此測定的流速是mL/min。

質量與控制：于背景值土樣里面添加16種PAHs混合標樣，在選取土樣之時，盡可能選擇和石化工業區距離比較遠的東部某農田，隨后進行1，10，100ug/kg試驗，要保證試驗濃度水平不同，不同濃度取3個平行樣，所有的回收率都應控制在74%～98%范圍之內。不僅如此，在保證背景值土樣的實際加標量處于10ug/kg之時，再做4個平行樣，由此檢出的范圍是0.11-4.92ug/kg。

3結果與討論

3.1PAHs組成結構和分布特征分析

按照PAHs的苯環構成特點，可把16種PAHs具體分成低分子量2-3環PAHs（主要包括萘以及苊危烯等）、4環PAHs（具體由熒蒽以及芘等），5-6環PAHs（主要有苯并[b]熒蒽以及苯并[k]熒蒽等）。不同采樣點土樣之中的PAH構成部分以及分布特征如圖2所示。

通過分析圖2，我們能夠看到在石化一線去區域內所獲得的采樣點土樣所含有的4-6環PAHs濃度平均值為1771.81ug/kg，數值明顯比其他3個采點區域高。并且，高分子量PAHs的質量濃度明顯比低分子量的高，這是濃度分布的普遍規律。另外，石化一線區域的2-3環PAHs平均質量濃度比石化四線區域高一點，但是要比石化三線區的低。

于石化一線至石化四線，高分子量4-6環PAHs平均質量濃度與污染源距離具有密切聯系，具體表現為逐漸減少，由此可見該地PAHs分布規律和近地面的大氣流動以及遷移擴散方向、規律有關。經過推測我們可以看到，大氣實際的主導風向能夠于不同程度上影響石化工業區域內部所排放的PAHs遷移沉降現狀，進而影響到濃度。

綜上所述，4個采樣區域被PAHs污染的主要規律是：石化一線區受污染程度最高，其次是石化二線區，再次為石化三線區，最少的是石化四線區，具體采樣點土樣的PAHs組分比例如圖3所示。

通過圖3我們可以了解到，從不同采樣點獲取的土樣所具有的PAHs，大部分以4-6環為主，分布比例在53.95%-84.28%范圍之內;其中，5-6環PAHs總體比例于10.69%-40.47%范圍之間;而2-3環PAHs比例相對來說比較低，在0.68%-29.4%之間，平均比例為7.65%。

從不同采樣點獲取的土樣所具有的PAHs具有規律性，從其組成結構即可看出。其中石化一線區、二線區PAHs構成方式幾乎一致，以4環PAHs最多，5—6環PAHs處于中間位置，2-3環PAHs最少。另外，石化三線區、四線區PAHs構成方式也比較相似，有關資料顯示，低分子量PAHs的大氣流動性之所以比較強，主要原因是其可借助大氣媒介進行中遠距離的傳輸，另外，還和農業設備耕作以及施肥等密切相關。

3.2PAHs的來源解析

本文在研究過程中主要挑選類型不一的環數PAHs的相對豐度（即3-4環低分子量PAHs（LMW）和5-6環的含量之比），還有蒽在蒽以及菲總量之中所占的比例等，對PAHs的來源情況進行進一步的分析。

如果LMW/（LMW+HMW）比0.5小，即LMW<50%，那么可推測出PAHs的來源為燃燒源，倘若LMW/（LMW+HMW）比0.5大，即LMW>50%，那么可推測出PAHs的來源是石油類污染源。不同采樣點之中的土樣所具有的LMW和日MW比例如圖4所示。

通過分析圖4，我們可以了解到，除9#采樣點，幾乎全部土樣LMW比例都比50%少，即采樣點土樣之中的PAHs具體來源是燃燒源。其中低分子量和高分子量的PAHs來源不同，前者是由于石油類污染物沒有完全燃燒造成的，后者是由于化石燃料在高溫下燃燒造成的。其中，9#采樣點之中的LMW比例大，PAHs濃度高可能是由于石油泄漏造成的。

4結語

采樣點土壤中16種PAHs的濃度為268.16～3304.60ug/kg。除去芴、苊，剩下的14種都被檢出含有PAHs，由此可推斷出此化工廠附近土壤幾乎都被PAHs所干擾，并且污染較為嚴重，中重度污染。