化工厂周边土壤和大气沉降中多环芳烃组成分布特征及源解析

王燕 张莹 侯博 陈秀娜 吴哲

摘要：文章在研究16种不同类型的优控多环芳烃（（PAHs）的主要含量以及其分布特征之时，以石化工业区附近20个表层土壤中的样品为基础，通过分析它被污染的程度以及污染物的来源，我们可知，不同采样点土样里面的16种PAHs质量浓度处于268.16-3304.60ug/kg范围之内，除去芴、苊，剩下的14种都被检出含有PAHs，由此可推断出此化工厂附近土壤几乎都被PAHs所干扰，并且污染较为严重，为中重度污染。

关键词：附近土壤;多环芳烃;中重度污染

中图分类号：0625文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）09-0109-04

多环芳烃（PAHs）为有机污染物的一种，其最重要的特性是半挥发性以及潜在致癌性，构成部分为2个以及多个稠合芳环。在20世纪70年代，16种PAHs被当作优先污染物。从PAHs的主要来源看，以燃料为主，大都是由于煤以及石油等没有被完全燃烧，工业生产以及汽车尾气排放。

1研究区概况

为保证实验结果更具有说服力，本文以某石化工业区为研究对象，该地历史悠久，产生时间早，至今有40多年的历史，占地面积大，为9.4km²，和市中心距离远，相差60km，为我国现代石油行业的重要地点，该地不仅生产成品油，还生产合成树脂、纤维等。

2材料以及方法

2.1试剂与仪器

无水硫酸钠，在使用该试剂之时，应当将其放在450%马弗炉里面，并灼烧4h，铜粉，两者都属于分析纯;二氯甲烷、丙酮、正己烷、乙睛，均为色谱纯。

试验进行过程中使用的仪器主要包括：RE-5203旋转蒸发仪以及QGC-24T氮吹仪等。

2.2采样点布设以及样品采集

按照项目现场的实际踏勘状况和卫星图像定位对土壤进行筛选，主要选择几乎不受到人为因素影响的土壤，并从污染物的源头人手，对该地主导风向的下风向均匀布点，具体如图1所示。通常情况下，一共选择20个表层土壤样品，采样是时间是2018年下半年。以该地和石化工业区距离为基础，对采样点划分，一共分成四4部分：第一区域是石化一线，具体采样点为1-6#，第二区域是石化二线，具体采样点为7～11#，第三区域是石化三线，具体采样点为1-16#，最后区域是石化四线，具体采样点为17-20#。

所有取样点都于10mx10m之间，将其布点成梅花形的形状，于化工区范围内取样，通过四分法选择1kg土壤，并将其均匀混合在一起。在采样后的一天之内，对土样进行低温干燥处理，清理植物根系还有附近的杂物，保证土壤的清洁。

2.3样品的提取和净化

通过电子天平测量出4g的土样，并将其放在容量为250mL的锥形瓶之中依次添加无水硫酸鈉、铜粉（具体克数以十万为准），再添加200mL的正己烷以及丙酮混合液（比例1：1），工作人员借助自动索氏提取工具24h之内不间断的对其抽提，完成萃取工作后，把萃取液放于旋转蒸发工具上，对其进行蒸发浓缩，通过轻柔氮气将萃取液吹到接近干的程度，等待净化。净化后，工作者首先利用40mL的正己烷对硅胶层析柱进行琳洗;将淋洗液清理干净，把完成浓缩工作的萃取液放于层析柱，利用60mL二氯甲烷以及正己烷对其洗脱工;由专门工作者收集洗脱液，随后通过氮吹仪吹浓缩液，一直吹到接近干的程度，然后添加适当的乙睛，并定容于1mL;把上个步骤获取的待测液定容，并通过单道移液器将其放于2mL自动进样瓶里面，完成密封后放入-4°C条件下保存。

2.4分析方法

色谱条件：使用的工具是高效液相色谱仪以及SIL-20A自动进样工具，色谱柱是（0DS-P（4.6minx250mmX5um），40°C是色谱柱温。水和甲醇之间的体积比是20/80;7～17min后，体积比变成0/100;17～40min，将水和甲醇之间的体积比控制在0/100;等到40-42min后，水和甲醇之间的体积比为20/80，将该体积比保持60min。由此测定的流速是mL/min。

质量与控制：于背景值土样里面添加16种PAHs混合标样，在选取土样之时，尽可能选择和石化工业区距离比较远的东部某农田，随后进行1，10，100ug/kg试验，要保证试验浓度水平不同，不同浓度取3个平行样，所有的回收率都应控制在74%～98%范围之内。不仅如此，在保证背景值土样的实际加标量处于10ug/kg之时，再做4个平行样，由此检出的范围是0.11-4.92ug/kg。

3结果与讨论

3.1PAHs组成结构和分布特征分析

按照PAHs的苯环构成特点，可把16种PAHs具体分成低分子量2-3环PAHs（主要包括萘以及苊危烯等）、4环PAHs（具体由荧蒽以及芘等），5-6环PAHs（主要有苯并[b]荧蒽以及苯并[k]荧蒽等）。不同采样点土样之中的PAH构成部分以及分布特征如图2所示。

通过分析图2，我们能够看到在石化一线去区域内所获得的采样点土样所含有的4-6环PAHs浓度平均值为1771.81ug/kg，数值明显比其他3个采点区域高。并且，高分子量PAHs的质量浓度明显比低分子量的高，这是浓度分布的普遍规律。另外，石化一线区域的2-3环PAHs平均质量浓度比石化四线区域高一点，但是要比石化三线区的低。

于石化一线至石化四线，高分子量4-6环PAHs平均质量浓度与污染源距离具有密切联系，具体表现为逐渐减少，由此可见该地PAHs分布规律和近地面的大气流动以及迁移扩散方向、规律有关。经过推测我们可以看到，大气实际的主导风向能够于不同程度上影响石化工业区域内部所排放的PAHs迁移沉降现状，进而影响到浓度。

综上所述，4个采样区域被PAHs污染的主要规律是：石化一线区受污染程度最高，其次是石化二线区，再次为石化三线区，最少的是石化四线区，具体采样点土样的PAHs组分比例如图3所示。

通过图3我们可以了解到，从不同采样点获取的土样所具有的PAHs，大部分以4-6环为主，分布比例在53.95%-84.28%范围之内;其中，5-6环PAHs总体比例于10.69%-40.47%范围之间;而2-3环PAHs比例相对来说比较低，在0.68%-29.4%之间，平均比例为7.65%。

从不同采样点获取的土样所具有的PAHs具有规律性，从其组成结构即可看出。其中石化一线区、二线区PAHs构成方式几乎一致，以4环PAHs最多，5—6环PAHs处于中间位置，2-3环PAHs最少。另外，石化三线区、四线区PAHs构成方式也比较相似，有关资料显示，低分子量PAHs的大气流动性之所以比较强，主要原因是其可借助大气媒介进行中远距离的传输，另外，还和农业设备耕作以及施肥等密切相关。

3.2PAHs的来源解析

本文在研究过程中主要挑选类型不一的环数PAHs的相对丰度（即3-4环低分子量PAHs（LMW）和5-6环的含量之比），还有蒽在蒽以及菲总量之中所占的比例等，对PAHs的来源情况进行进一步的分析。

如果LMW/（LMW+HMW）比0.5小，即LMW<50%，那么可推测出PAHs的来源为燃烧源，倘若LMW/（LMW+HMW）比0.5大，即LMW>50%，那么可推测出PAHs的来源是石油类污染源。不同采样点之中的土样所具有的LMW和日MW比例如图4所示。

通过分析图4，我们可以了解到，除9#采样点，几乎全部土样LMW比例都比50%少，即采样点土样之中的PAHs具体来源是燃烧源。其中低分子量和高分子量的PAHs来源不同，前者是由于石油类污染物没有完全燃烧造成的，后者是由于化石燃料在高温下燃烧造成的。其中，9#采样点之中的LMW比例大，PAHs浓度高可能是由于石油泄漏造成的。

4结语

采样点土壤中16种PAHs的浓度为268.16～3304.60ug/kg。除去芴、苊，剩下的14种都被检出含有PAHs，由此可推断出此化工厂附近土壤几乎都被PAHs所干扰，并且污染较为严重，中重度污染。