化工厂土壤多环芳烃分布特征及评价

环境科学导刊２０１０，２９（４）：８６—８９　ＣＮ５３——１２０５／Ｘ　ＩＳＳＮ１６７３—．９６５５　

化工厂土壤多环芳烃分布特征及评价　

王振　，高云涛　。刘晓海　

（１．云南民族大学化学与生物技术学院，云南昆明６５００３１；　

２．云南省环境科学研究院，云南昆明６５００３４）　

摘要：通过对４￣＿ｚ－厂污染土壤多环芳烃的监测及统计分析，结合现场实际分析了污染来源，揭示了　

多环芳烃的污染现状及其环境风险。结果表明：研究区域存在严重的多环芳烃污染，土壤污染最高超标　

２５０倍。统计分析表明：土壤多环芳烃元素之间存在着不同程度的相关。内梅罗综合指数评价结果表明采　

样区域土壤存在严重有机污染，其中工业污染是最主要的污染源。　，　

关键词：化工厂；多环芳烃；分布；评价　

中图分类号：Ｘ５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—９６５５（２０１０）０４—００８６—０４　

多环芳烃（Ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ　Ａｒｏｍａｔｉｃ　Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ，　

简称ＰＡＨｓ）是一大类广泛存在于环境中的有机污　

染物，也是最早被发现和研究的化学致癌物　１　３。　

针对工业污染土壤ＰＡＨｓ的研究以往大多重视表层　

或浅层土壤＿２ｌ３　Ｊ，而国内的工业场地生产历史长，　

污染时间久，造成了土壤污染向深层发展，对环境　

的影响更为深远，比如威胁地下水安全等。　

研究区域一某化工业场地主要生产焦炭、硫　

铵、轻苯、工业萘、酚等多种化工产品。本文以该　

区域表层至地下１４ｍ土壤为研究对象，揭示了在　

长时间的工业生产之后土壤多环芳烃的空间变化特　

征、污染状况及其污染风险，为污染场地修复提供　

科学数据。　

１材料与方法　

１．１样品采集与分析　

研究区域取样点以ＧＰＳ精确定位，以网格法　

布点为原则，取样深度１４ｍ，共采集样品２２５个。　

土壤采样按《岩土工程勘察规范》　（ＧＢ５００２１—　

２００１）和美国ＡＳＴＭ　Ｉ）４７００的要求进行。采用机械　

钻探（冲击式钻和螺旋钻）、手工钻采样，部分点　

位采用坑采技术。土壤采样器根据不同土壤类型和　

污染物类型选择。现场土壤采样时对采样器进行清　

洗，以防止交叉土样污染。　

土壤样品采集将按照《土壤环境监测技术规　

范》（ＨＪ／Ｔ　１６６—２００４，国家环保局）执行。土壤　

样品的保存参照美国《ｓｏｉｌ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓｓｕｒ一　

收稿日期：２０１０—０５—２７　基金项目：云南省中青年学术技术带头人后备人才计划项目　（２００６ｐｙＯ１—４１）。　

一８６一　ａｎｃｅ　ｕｓｅｒ’ｓ　ｇｕｉｄｅ＞＞的相关要求。　

１．２分析方法　

试验方法参照了ＵＳＥＰＡ　３５７０　Ｊ、ＵＳＥＰＡ　

８２７０Ｄ　，将取回的土样稍加研磨，过２０目筛，　

然后装入塑料密封袋，放人冷冻干燥机中干燥。分　

析测试所需要的硅胶、无水硫酸钠、气相小瓶分别　

放置于４５０￣Ｃ马弗炉中烘烤４ｈ活化，去除有机质，　

每次使用前硅胶在１３０￣Ｃ活化１６ｈ。将脱脂棉放人　

锥形瓶中，加有机溶剂（正己烷：二氯甲烷＝　

１：１），超声提取１ｈ（０．５ｈ换１次水）。溶剂重蒸　

馏，弃去１０％的前馏分和１０％的后馏分。　

土壤样品精确称取２．００００ｇ±０．０００５ｇ放入　

５０ｍｌ玻璃离心管内，离心管上贴好标签，往离心　

管中加入１０ｍｌ二氯甲烷后将离心管放人超声波清　

洗器中超声萃取１ｈ，然后在３０００ｒ／ｍ的条件下离　

心１５ｍｉｎ，取土样上清液２ｍｌ过柱。　

以硅胶和元水硫酸钠装柱，后加人３０ｍｌ正己　

烷，待正己烷降至硫酸钠上层界面时，取上清液　

２ｍｌ加入柱子中，待溶液降至硫酸钠上层界面时，　

用正己烷将移液枪枪头中的剩余溶液全部洗人柱子　

中（洗２～３次）。待溶液降至硫酸钠上层界面时，　

加入５０ｍｌ二氯甲烷和正己烷的混合溶液（１：１）　

进行旋蒸至约１ｍｌ，加７～８ｍｌ正己烷，继续旋蒸　

至０．５ｍｌ左右，加内标（混标）１２５　ｌ，定ｒ容　

到１ｍｌ。　

ＰＡＨｓ的测定使用Ａｇｉｌｅｎｔ公司提供的ＧＣ—ＭＳ　

（ＧＣ７８９０Ａ，ＭＳＤ５９７５Ｃ），载气为Ｈｅ，柱前压　

０．０３ＭＰａ，线速度３７ｃｍ／ｓ。进样口温度３００℃，初　

始温度６Ｏ　ｃＣ，以５℃／ｍｉ

ｎ速度升温至３００℃，保　化工厂土壤多环芳烃分布特征及评价王振　

留２０ｍｉｎ至样品完全流出。　

实验所用的试剂均为优质纯。　

１．３土壤环境质量评价方法　

土壤污染评价方法采用目前国内外普遍采用的　

单因子指数法和内梅罗综合指数法。计算公式　

如下：　

单因子指数法：Ｐ　：　Ｄｉ　式中，Ｐ　为土壤中污染物ｉ的单因子指数；Ｃｉ　

为土壤中污染物ｉ的实测数据；Ｓ　为污染物ｉ的评　

价标准（三级标准）。　内梅罗综合指数：Ｐ综台＝　

式中，Ｐ综合为内梅罗综合指数；（Ｐｉ）２　为土壤中所　

有污染物单因子指数平均值的平方；（Ｐ　）２　为土　

壤中所有污染物单因子指数最大值的平方。Ｐ≤１　

为非污染；１＜Ｐ≤２为轻度污染；２＜Ｐ≤３为中度　

污染；Ｐ＞３为重污染。　

１．４数据处理　

数据统计分析使用ＳＰＳＳ　１３．０软件和ＡｒｃＧＩＳ　

９．２软件。　

表１采样区ＰＡＨｓ含量基本统计　（ｍｓ／ｋｇ）　

ｎｄ：未检出。表中数据来源于美国ＥＰＡ（ｈｔｔｐ：／ｗｗｗ＿ｅｐａ．ｇｏｖ／ｓｕｐｅｒｆｕｎｄ／ｈｅａｈｈ／ｃｏｍｅｄｉａｎ／ｓｏｉｌ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍ）。　

２结果与讨论　

２．１　土壤多环芳烃浓度　

采样区域中１６种优先控制ＰＡＨｓ的基本统计　

数据见表１，研究区域中的ＰＡＨｓ以二二／三环为主，　

其中二环占４７．３７％；三环占５０．９０％；四环比例　

较小，占０．９７％；五环占０．５２％；六环仅占　

０．２４％。　

所测有机物的均值均高于相对应的中值，变异　

系数均＞１，其中ＡＮＹ、ＤａｈＡ变异系数＞２，说明　

研究区域中ＰＡＨｓ呈正偏分布，而且随着深度的变　

化，土壤中富集的污染物浓度也有着很大的差别。　

相对荷兰控制标准，研究区域中ＰＡＨｓ含量均超　

标，其中ＮＡＰ超标２５０倍，ＰＨＥ超标１２倍，ＡＮＴ　

超标３０倍；相对加拿大控制标准，ＢａＡ、ＢｂＦ、　

ＢｂＰ、ＤａｈＡ、ＢｇｈｉＰ未超过标准，其余多环芳烃严　

重超标。　

２．２土壤多环芳烃的统计分析　

图１表示土壤中ＰＡＨｓ含量的聚类分析结果。　从图中可以看出，土壤中ＰＡＨｓ聚类情况复杂，已　

不是普通的低维聚类分析能清楚表达，可推测土壤　

中ＰＡＨｓ的含量受到多种因素综合影响，从而导致　

污染物之间在土壤中存留的因素之间交集多且复　

杂，并不是单一或者几种因素简单作用的结果。　

ｏ．…一一　．．．…一　ｏ＿……一辈……一　ｏ＿……　

图１　土壤ＰＡＨｓ聚类分析　

主成分分析可以进一步确定污染的来源以及自　

然和人为因素对土壤ＰＡＨｓ含量的贡献。特征值的　

大小反映了主因子的影响力度。按特征值和特征向　

一８７一　一　

”　环境科学导刊　第２９卷　第４期２０１０年８月　

量累积贡献率＞８５．０％的原则　］，对１６种ＰＡＨ　

的测试值进行了主成分分析。正交旋转可以使对因　

子的解释更加简化，经方差最大旋转变换后，选取　

３个主成分因子（表２）。研究区域中因子对整体　

的贡献度依次为５Ｏ．７６％、２４．６２％和１４．９ｌ％。　

其中因子１的组分中ＦＬＡ、ＰＹＲ、ＢａＡ、ＣＨＲ、　

ＢｂＦ、ＢｂＰ、ＩｅｄＰ、ＤａｈＡ、ＢｇｈｉＰ的载荷都很高，一　

般情况下烷基化ＰＡＨｓ及低分子量的ＰＡＨｓ主要来　

源于石油及其产品，尤其是精炼油产品基本是烷基　

化及低分子量的ＰＡＨｓ组成，而矿物燃烧及工业焦　

化过程是非烷基化及高分子量ＰＡＨｓ的主要来　

源＿８　；１一甲基菲可作为燃煤的标志　。　。。。汽车　

尾气排放中苯并芘、屈及高分子量的多环芳烃，如　

苯并（ｇ，ｈ，ｉ）芘、二苯并（ａ，ｈ）蒽等占主　

导　；因此可认为因子１为典型的混合型污染，　

其污染源主要包括了燃煤源、工业源以及汽车尾气　

排放。因子２中芴、菲的载荷较高，石油成分中的　

ＰＡＨｓ主要为烷基化的萘、芴、菲和二苯并噻吩　

等＿】　“Ｊ，认为因子２为石油源污染。因子３中萘　与苊烯占主导，认为是在生产过程中石油及其产品　

所造成的石油源污染　。　

表２主成分分析　

表３采样区域ＰＡＨｓ含量的相关矩阵（ｎ＝２０８）　

ＮＡＰ　ＡＮＹ　ＡＮＥ　ＦＬＥ　ＰＨＥ　ＡＮＴ　ＦＬＡ　ＰＹＲ　ＢａＡ　ＣＨＲ　ＢｂＦ　ＢｂＰ　ＩｅｄＰ　ＤａｈＡ　ＢｇｈｉＰ　ＴＯＣ　

ＮＡＰ　ＡＮＹ　

ＡＮＥ　

ＦＬＥ　ＰＨＥ　

ＡＮＴ　

ＦＬＡ　

ＰｌＹＲ　

ＢａＡ　

ＣＨＲ　ＢｂＦ　

ＢｂＰ　

ＩｃｄＰ　

ＤａｈＡ　Ｂｇｈ．Ｐ　１．００　０．６４　１．０ｏ　

０．６０　０．８９　１．ＯＯ　

０．５２　０．８４　０．９８　１．００　０．５４　０．８ｌ　０．９３　０．９５　１．Ｏ０　

０．４７　０．８Ｏ　Ｏ．８２　０．８２　０．７９　１．ｏｏ　

Ｏ．３６　Ｏ．７２　０．７４　０．７７　０．８４　０．７０　１．００　

Ｏ．３１　０．７５　０．７６　０．７９　０．８２　０．７４　０．９２　１．００　

０．３３　０．７９　０．７６　０．７６　０．７８　０．７５　０．９０　０．９８　１．００　Ｏ．３１　Ｏ．７２　Ｏ．７１　Ｏ．７２　Ｏ．７５　０．７０　０．９Ｏ　Ｏ．９８　Ｏ．９８　１．００　

Ｏ．２８　Ｏ．６６　０．６６　０．６８　０．７ｌ　０．６６　０．８７　０．９５　０．９５　０．９８　

０．３７　０．７８　０．７３　０．７４　０．７４　０．８３　０．８７　０．９５　Ｏ．９８　０．９６　

Ｏ．３２　Ｏ．６５　０．６４　０．６６　０．６９　０．７３　０．８５　０．９２　０．９４　０．９５　

Ｏ．３９　Ｏ．５２　０．３４　０．３０　０．４６　０．５３　０．５４　０．６４　０．６７　０．６９　Ｏ．３２　０．６４　０．６３　０．６４　０．６７　０．７３　０．８４　０．９１　０．９３　０．９５　

ＴＯＣ　～０．０３＊０．０４＊０．１４　｝０．１８　０．２０　０．１６　ｋ　０．１７　％０．２２　０．１７　０．１７　ｌ＿００　

０．９５　１．００　

０．９８　０．９６　１．Ｏ０　０．６７　０．７０　０．７６　１．００　

０．９７　０．９５　１．００　０．７８　１．００　

０．２Ｏ　Ｏ．１６　｛０．１７　０．０７　０．１６｝　１．００　

ｄ＝０．０５水平下不显著，　ｄ＝０．０５水平显著，其余为ｑ＝０．０１水平下显著。　

土壤ＰＡＨｓ含量的相关性分析结果（表３）显　

示：在土壤中大多数有机污染物之间存在极显著的　

正相关关系，说明在土壤中ＰＡＨｓ污染存在相似性　

或者可能存在相同的污染源。ＰＡＨｓ与ＴＯＣ之间的　

相关性则有差异，其中ＦＬＥ、ＰＨＥ、ＰＹＲ、ＢｂＦ与　

ＴＯＣ存在极显著相关；ＡＮＥ、ＡＮＴ、ＦＬＡ、ＢａＡ、　

一８８一　ＣＨＲ、ＢｂＰ、ＩｅｄＰ和ＢｇｈｉＰ与ＴＯＣ之间存在显著相　

关；ＮＡＰ、ＡＮＹ、ＤａｈＡ与ＴＯＣ无显著相关性，说　

明高ＴＯＣ值有利于大多数多环芳烃的积累，而　

ＴＯＣ的高低不会对萘、苊烯和二苯并（ａ，ｈ）蒽　

的积累产生明显的影响。　

２．３

土壤中ＰＡＨｓ空间分布