应用核分析及相关技术研究城市地表水中卤素污染物的种态、来源及其转化机理

Pollution of surface water has become a serious social problem concerning the matter of public safety and health. Organic pollutant, especially organohalogens, is the biggest threat to the human and ecosystem in the water. The source, pollution characteristics, and its transformation mechanism in the water environment has been a hot topic of the multi-disciplinary research for a long time. Now the research on the the urban surface water is limited to the routine test, heavy metals, salts and organic pollutants and a number of halogenated pollutants in the water is little known. The project intends to investigate their speciation, chemical composition, spatial/temporal trends and photochemical transformation mechanism basing on the advanced synchrotron radiation research platform. The environmental sources of organohalogens will be explored too. The surface water in Beijing area will be studied by giving full play to the synchrotron radiation X-ray absorption fine structure (XAFS), neutron activation analysis as well as mass spectrometry technology. We will apply the method of XAFS and photochemisty to the photolysis process of PCBs and chlorophenol as well as the mechanism of photoluminescence halogenated reaction by humic acid, which is necessary for further elucidating the transformation mechanism between inorganic chloride and organic chlorine in surface water. This project will provide a scientific evidence for the risk assessment on the surface water in Beijing with important academic and social significance.

地表水污染已成为一个事关公共安全和健康的重要社会问题，而水环境中对人类和生态系统威胁最大的是有机污染物，尤其是有机卤污染物。水环境中有机卤污染物来源、污染特征及其转化机理一直是多学科研究的热点。目前对城市地表水的研究仅限于常规检测、重金属、无机盐和有机污染物，而对水体中卤素污染物的种态、化学组成及其转化机理的研究却鲜有报道。本项目拟以同步辐射先进光源为研究平台，以北京地区地表水为研究对象，充分发挥同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）、中子活化分析及色质谱分析技术特长，对地表水中卤素污染物的种态、化学组成、时空变化趋势及其转化机理进行研究，并探究其环境来源。同时，XAFS与水体光化学研究方法相结合，探讨水体中PCBs和氯酚光解过程及腐殖酸光致卤代反应过程，探索无机氯与有机氯在地表水中相互转化的机理。本研究将为京区地表水的污染控制和生态风险评估提供科学依据，具有重要的学术和社会意义。

地表水中有机卤素污染的研究一直是环境化学和环境毒理学研究的热点。本项目应用同步辐射X射线近边吸收结构(XAFS)谱和气相色谱质谱联用(GCMS)分析方法研究了北京城区地表水中有机卤素污染物的污染特征、季节变化，并分析其主要来源。同时，对腐殖酸光降解地表水中有机卤素污染物的影响因素进行了研究。本研究将为城市地表水中有机卤素污染物的污染控制提供科学依据具有重要的学术和社会意义。具体成果如下：.建立了地表水中有机卤素污染物分析方法及其质量控制体系，方法回收率和检出限分别为72.3-131%和0.10–0.38 ng L−1。地表水中OCPs含量为0.64-56.9 ng L-1，均值为11.3±12.3 ng L-1；PCBs含量为2.80-58.0 ng L-1，均值为17.5±16.8 ng L-1；PBDEs含量为79.7-2803 pg L-1，均值为1439±571 pg L-1；PCNs含量为21.0-618 pg L-1，均值为197±161 pg L-1。地表水中OCPs主要污染物为HCHs，占OCPs总量的87.7%；低氯代联苯占PCBs总量的62.3%；BDE-100则是PBDEs主要存在形式。夏季因较高的气温和地表径流，而冬季则因颗粒物沉降、浓缩效应等原因，水体中OCPs含量较高。OCPs和PCBs在农业区域污染较重。而PBDEs在工业区污染较重。OCPs主要污染来源为历史使用；工业产品的历史使用残留是PCBs主要来源；而PBDEs来源主要是含溴阻燃剂的使用。.研究了腐殖酸(HA)和Fe(Ⅲ)对水体自净能力的影响。在HA浓度为1-30 mg L-1的溶液中，PCBs及OCPs在HA溶液中的24h光降解率在40.6-56.5%之间，而在超纯水中降解率仅为25.1-38.9%，表明HA有效促进了卤素污染物的降解。低浓度HA对低氯代联苯光降解的促进作用较大，而高浓度HA对高氯代联苯和OCPs的促进作用较大。Fe(Ⅲ)对有机污染物的光降解影响较小。强酸或强碱HA溶液能够更好的降解有机污染物，降解率在46%以上。研究发现小分子量HA可以有效地促进污染物的光降解。