基于plr的持久性有机污染物的研究

基于plr的持久性有机污染物的研究

目前，水污染已成为世界各国的主要环境问题。2001年5月23日,在瑞典首都签署的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》(简称《公约》),标志着人类全面开始了削减和淘汰POPs的国际合作。本文对POPs的概念、特点、来源、危害、迁移循环模式等作一综述,为人们深入研究、管理和控制POPs提供参考。1生产生物有机污染物质持久性有机污染物(PersistentOrganicPollutants)简称POPs,具有毒性、生物蓄积性和半挥发性,难降解、可发生长距离迁移,并能在环境中持久存在的天然或人工合成的有机污染物质。一方面由于农用的需要,人们生产POPs,并施用于土壤和作物中;另一方面,金属冶炼、垃圾焚烧以及五氯苯酚和多氯联苯的生产,将POPs带入环境。POPs大多对人类和动物有较高毒性,可导致动物以及人类的死亡、畸形儿、中枢及周围神经系统损伤、生殖系统及免疫系统伤害等。(1)学分解作用的现实基础POPs在环境中对于正常的生物降解、光解和化学分解作用有较强抵抗能力,因此它们一旦排到环境中,可以在大气、水体、土壤和底泥等环境中长久存在,这是POPs在全球迁移循环主要原因。(2)大气颗粒物沉降稳定法POPs具有半挥发性,它们易于从土壤、生物体和水体中挥发到大气中并以蒸气形式存在或吸附在大气颗粒物上,又由于它们在气相中很难发生降解反应,所以会在大气环境中不断地挥发、沉降、再挥发,进行远距离迁移后而沉积。这一特性使POP影响到全球范围,特别是极地地区,表现出所谓的“全球蒸馏效应”、“蚱蜢跳效应”。(3)生物放大作用POPs是亲脂疏水性物质,这就意味着它们易于进入生物体的脂肪组织,并且积累的浓度会随着食物链的延长而升高,即生物放大作用。研究发现生物放大作用可使最高级的哺食者体内的POPs浓度比环境中的浓度高很多个数量级。2双溶剂农药及高效工具《公约》最初规定削减和淘汰12种(类)物质,包括三大类:杀虫剂。农药是P0Ps的一个非常重要来源,虽然现在许多发达国家已不断减少具有持久性和生物富集性化学品的使用,但许多发展中国家,尤其是热带地区的国家,还在大量使用这类农药。共9种,包括艾氏剂(aldrin);氯丹(chlordane);灭蚁灵(mirex);滴滴涕(DDT);狄氏剂(dihedron);异狄氏剂(endrin);七氯(heptachor);六氯苯(HCB);毒杀芬(toxaphene);工业化学品。包括多氯联苯(PCBs)和六氯苯(HCB)。PCBs用作电器设备如变压器、电容器、充液高压电缆和荧光照明整流以及油漆和塑料中,是一种热交流介质,也是某些工业过程非故意生产的副产品;生产中的副产品。包括二噁英(PCDDs)和呋喃(PCDFs)。二噁英类物质的来源包括城市垃圾、医院废弃物、木材及废家具的焚烧,汽车尾气、有色金属生产、铸造和炼焦、发电、水泥、石灰、砖、陶瓷、玻璃等工业。(1)英teq在大气中POPs或者以气体的形式存在,或者吸附在悬浮颗粒物上,发生扩散和迁移,导致POPs的全球性污染。调查表明,德国每天从空气中沉积落地的颗粒物中的二噁英浓度在5~36PgTEQ/m3(TEQ为总毒性当量);台湾南部农村大气PCBs浓度为2.50ng/m3,台湾南部城市大气PCBs浓度为4.51ng/m3,台湾南部工业区大气PCBs浓度为5.91ng/m3。(2)pcdd/fs环境检测水和沉积物是POPs聚集的主要场所之一,世界绝大多数的城市污水,水库、江河和湖海都不同程度地受到POPs的污染。研究表明,在德国城市污水中都存在PCDD/Fs。我国西藏南迦巴瓦峰表层沉积物、东海岸三个出海口的沉积物、太湖湖区表层沉积物、广东大亚湾表层沉积物、大连湾表层沉积物、珠江三角洲地区河流表层沉积物、珠江澳门河口沉积物均不同程度地受到POPs的污染。(3)国外土壤中的土壤样本土壤是植物和一些生物的营养来源,土壤中的POPs无疑会导致POPs在食物链上发生传递和迁移。已经在世界各国土壤中都发现了POPs。对天津市郊污灌区农田土壤的检测表明,有机氯农药的检出率均为100%,其中污灌菜地的污染状况最为严重,六六六残留量达4.04μg/kg,DDT达2.70μg/kg,普遍高于其它地块,表现出污灌的显著影响,无污水灌溉的旱地污染较轻。(4)浮游生物和动植物物种对我国生产的各类食品中调查表明,蛋、乳制品及植物油等脂类农产品中有机氯农药总量仍很高;目前无论海洋生物还是陆地物种,无论是低等的浮游生物或动物,还是人类自身,都遭受到POPs的污染和威胁。2000年对广州和香港经济较为发达地区的研究表明,母乳中六六六、DDT残留量仍显著高于美国、德国、瑞典和西班牙等发达国家。3pops在区域和全球的转移和周期3.1全球回归机制的形成(1)温度和沉积速率最早提出这个概念的是Goldberg,他用这个概念来解释DDT通过大气传播从陆地迁移到海洋的现象。从全球来看,由于温度的差异,地球就像一个蒸馏装置,在低、中纬度地区,由于温度相对高,具有半挥发性的POPs挥发速率大于沉积速率,使得它们不断进入到大气中,并随着大气运动不断迁移,当温度较低时,沉积速率大于挥发速率,POPs最终在较冷的极地地区积累下来。这就表明,不论在什么地方使用或释放POPs,两极地区都将成为全球POPs的汇。(2)影响“短线”的主要因素Wania认为化合物的物理化学特性以及一些与冷暖有关的环境因素对POPs“全球分配”的影响可能甚至比POPs的排放地和传播途径更重要,尤其是POPs在向高纬度迁移的过程中会有一系列相对短的跳跃过程,因为在中纬度地区季节变化明显,在温度较高的夏季POPs易于挥发和迁移,而在温度较低的冬季,POPs又易于沉降下来,总体表现出跳跃式跃迁。(3)影响全球循环的因素大气的稀释作用,能把POPs从释放源带到“清洁”地区(POPs没有大量使用或释放);物理去除作用,如一部分POPs会埋于或吸附于土壤、泥炭或沉积物中,这部分POPs不参与全球迁移和循环;在土壤或沉积物中,形成键合残留物,这部分POPs也不参与全球循环;POPs的化学反应,尤其是和大气中·OH的反应,不同地区的反应速率是不同的;生物降解,发生在土壤、沉积物、水、食物链中,一定的生物降解作用,使一小部分POPs也不参与全球循环;空气-界面交换过程,POPs在大气与各介质表面进行交换时,影响交换速度的因素较复杂,有些还不十分清楚,这就增加了预测POPs在全球变化趋势的难度。3.2全球分配模型的建立通过建立模型对于研究POPs在全球的迁移、循环是很有帮助的。在地区范围内,对于易于定性的POPs可通过质量守衡模型预测它们在各环境介质中的浓度,为标准的制定提供依据。大范围内的模型也能提供有价值的数据,可为法律法规提供参考,如在全球范围内,已成功地获得了从1947年到现在所释放的а-HCH在全球分配的模型,由这些模型算得的在大气和海洋中的浓度数据和监测值基本一致。但在建模方面也遇到了许多困难,主要表现在:(1)关于POPs在过去和现在地区性或全球性的使用和排放的资料很少,甚至没有;(2)对POPs的循环机制以及在深海中的迁移还有待进一步了解;(3)对于不同高度,不同纬度大气中不同POPs的化学反应速率还没有确定;(4)缺少各地区大气、水、土壤、沉积物中POPs残留量的数据,特别是非洲、亚洲、前苏联、南非和海洋;(5)在环境介质中生物降解速度的不确定;(6)POPs进入到环境中,需要多长时间能在各媒介中达到平衡状态的问题还有待解决;(7)无论是在地区水平上,还是在全球范围内,对于POPs是否已达到稳态缺少足够的证据。3.3级污染源仍是主要的源在20世纪40年代到70年代,POPs在环境介质中的交换转移主要表现为,从大气以干沉降或湿沉降的方式转移到水体和土壤介质中,而从水体和土壤中挥发出来进入大气的过程是相对次要的,但在近30年,情况正好相反,POPs从水体和土壤中挥发出来进入大气的过程是相对主要的。研究表明,当一级污染源得到控制并减少时,POPs空气浓度起初呈降低趋势,但经过一定时间后,POPs空气浓度却“维持”在一定水平,此时二级污染源起“维持”作用。科学家发现,可再循环的POPs的大气浓度与温度的季节变化或昼夜变化有关,但是检测表明,PCDD/Fs大气浓度冬天总是高于夏天,这在很大程度上说明了一级污染源(燃烧过程)仍然是大气PCDD/Fs主要的源。总的来说,一级污染源和二级污染源都是大气POPs重要的源。4预测模型中的pops4.1ops在生物体内降解的速率POPs在生物体内的降解速率是很低的,只通过生物降解实验来收集能反映POPs在生物体内降解转化的速率数据是不容易的。将来的研究重点应该放在降解模型的建立,即利用生物、物理、化学等学科知识和现代化的模拟、计算手段把一些多变的信息综合成生物降解动力学速率常数,建立有效的生物降解模型。4.2对生物吸收模型的建立要研究生物描述有机化学品被生物吸收的模型有很多,但对POPs来说许多模型可能太复杂,因为POPs是非极性的,易于蓄积在脂肪中,迁移流动性不强,而且要不断完善生物吸收模型还需要知道生物体的生物能转化、繁殖方式、生长速率等方面的信息,虽然这些一直是自然科学的基础研究,但还需进行细致精确的研究。4.3化学品的特异性毒性效应定量构效关系法(QSAR)是目前研究化学品生物毒性效应的一种较好方法,它的原理是根据具有相似结构的化学品应有相似的活性,所以化学品的特异毒性效应与它们的结构和理化特性有关。在研究POPs时,如要用实验测得所有有关POPs的数据是不可能的,利用已有数据建立QSAR模型,就可预测未知POPs的毒性效应,这种方法能节省大量的人力和时间,对用实验难于测定其毒性效应的POPs更是一种行之有效的方法。5认识到美国、国(1)利用微量气体/颗粒等界面领域上的专门技术,加强POPs在空气界面上的交换描述和定量研究POPs基于温度的物理化学性质,提高其物理化学性质数据库的可靠性,采用量子化学理论和建立有关性质的模型,提高模型的精密性和实用性。(2)进一步研究新的未知的POPs(特别是POPs的代谢物)的立体异构体分析技术,从传统的详细研究POPs转移到研究POPs的代谢物和新类别。(3)POPs的有害影响常体现在高级肉食动物上,探索POPs来源的分类和摄入途径,根据质量守恒定律建立食物链的生物提取和转移模型,开展POPs对人类和野生动物的定量影响和毒性机理研究。(4)开展POPs降解机理研究,包括生物降解分子模型,开发针对POPs的专门去除和修复技术,研究环境样品中持久性有机污染物的采样、提取和分析方法,在排放“三废”时,建立针对POPs的环境监测指标。(5)研究土壤、沉积物和地下水中POPs的形态和特性,建立全球范围的POPs的详细清单,丰富POPs的数据库,补充更新世界各地的POPs的浓度和释放数据,建立环境中POPs的污染和归属模型。6确定初步的实验方案(1)各地区都应对POPs的生产、使用、分布、排放、贮藏、污染