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六氯苯在土壤中的主要迁移转化过程

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大C 0 377 2021-02-01
【摘要】六氯苯(HCB)是环境中典型的持久性有机污染物(POPs)。土壤是HCB的主要贮存场所,研究土壤中HCB的迁移转化规律对揭示其环境效应有重要意义。本文从以下几方面综述了土壤中HCB的主要迁移转化过程:土壤中累积的HCB不断向大气挥发而造成空气污染;土壤对HCB的吸附影响其在环境中的迁移转化速率;HCB通过多种化学键与土壤形成结合残留,暂时降低其生物有效性;厌氧条件下,HCB可发生还原脱氯降解,使其毒性和持久性大大降低。本文最后展望了关于土壤中HCB迁移转化的下一步研究方向。
  • 六氯苯(hexachlorobenzene,HCB),是最高的氯代苯类有机污染物,也是环境中典型的持久性有机污染物(persistentorganicpollutants,POPs),其具有高毒性和潜在的致癌性,且被美国国家环保署列为内分泌干扰物。HCB主要用作谷类作物种子防治真菌危害的拌种剂农药,还可用作焰火着色剂,生产五氯酚及五氯酚钠的原料,生产合成橡胶、聚氯乙烯塑料、烟火、军火、木材防腐剂和染料中作为中间体或添加剂。

    环境中HCB的来源主要是农业生产、HCB原料生产工厂、五氯酚和五氯酚钠的生产工厂等。尽管全世界范围内HCB的商业化生产已被禁止,但其作为化学中间体仍在一些国家生产使用。由于HCB具有“憎水亲脂”性,使其主要贮存在土壤中,所以土壤是HCB的“汇”。累积在土壤中的HCB可通过挥发作用污染大气;在土壤一作物系统中迁移,影响农产品安全,危及生态系统和人类健康;或被土壤吸附固定暂时失去生物活性,但在环境条件改变后,可导致其再次释放,像“化学定时炸弹”一样对生物圈造成潜在威胁圳。因此,研究HCB在土壤中的迁移转化规律能够为氯代POPs污染的预防、控制和治理提供科学依据。

    1土壤中六氯苯的污染状况

    1933年,HCB开始作为农作物种子的杀菌剂生产使用。20世纪50到60年代,HCB主要用于农业生产,70年代末到80年代初,HCB的产量达到峰值,每年大约生产1万t。截至1997年,全世界共生产HCB超过l0万t。由于HCB是典型的亲脂疏水性化合物,绝大部分分配在固相特别是有机质中。由于人类活动增加了土壤有机质的含量,从而使土壤中HCB浓度高于水体和大气们。HCB一旦进入土壤,就会被土壤特别是其中的有机组分吸持,然后慢慢释放,对环境造成持续性污染。因此,土壤是HCB重要的“源”和“汇”。

    近年来,国内外环境工作者对残留在土壤中的HCB含量和分布特征开展了大量的研究。据报道,芬兰一个化工厂附近的Vaija/lr/e湖边土壤中HCB平均浓度高达640ng/。罗马尼亚生产有机氯化合物工厂附近的土壤中HCB浓度(340ng/g)~,著高于其他地区土壤(0-3~1.9ng/g)。在远离污染源的地区也能够检测到HCB,但其浓度较低,如在Tenerife岛的高山上,HCB平均浓度小于0.5ng/g,在南极洲和北冰洋均有HCB存在。Meijer等研究表明,1998年全世界191个地区土壤表层f0~5cm)HCB背景浓度平均为0.68ng/g,其中最低值在挪威的Bear岛(0.01ng/g),最高值在挪威北部和俄罗斯,分别为5.2和4.83ng/g,而且HCB含量与土壤有机质含量显著正相关。我国近年来的调查表明,土壤中HCB平均含量在北京地区为0.849ng/g,安徽省为8.O1ng/g,湖南省土壤中HCB含量平均为1.43ng/g,洞庭湖流域为1.42ng/g[",太湖周边土壤中HCB平均含量为0.409ng/gt。和近年来国外土壤中HCB含量相比,我国除安徽省HCB残留量较高外,其他几个地区HCB平均含量均处于较低水平,具体见表1。

    2土壤中六氯苯的主要迁移转化过程

    土壤既是污染物的载体,又是污染物自然净化的场所。HCB在土壤中主要发生以下迁移转化过程:挥发进入大气、与土壤颗粒的吸附结合、微生物降解等。

    2.1挥发

    半挥发性是POPs的典型特征之一。常温条件下,HCB的蒸汽压f1.45x10qkPa)显著高于DDT(2.53×10kPa1、二嗯英(1.33x10kPa)、六六六(3.7×10一~2。1×10kPa)等氯代POPs,表明HCB相对较易从土壤中挥发而导致大气污染。并且由于HCB在气相中很难发生降解,所以会在大气环境中不断挥发、沉降、再挥发,进行远距离迁移后沉积。这一特性使HCB遍及全球范围,表现出所谓的“全球蒸馏效应”和“蚱蜢跳效应”。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HCB挥发速率大于沉积速率,使其不断进入大气,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,HCB最终在较冷的极地地区积累,科学家们也发现HCB在极地的污染水平比地球上其他地区高。

    研究表明,气温和土壤有机质含量是影响土壤HCB挥发的重要因素,在气温低和土壤有机质含量高的地区,HCB的土/气分配比较高。气温主要控制HCB的土一气界面过程,气温越高,HCB越容易从土壤进入大气。土壤有机质主要通过增溶和吸附结合而减弱HCB在土壤中的移动性,进而减少其向大气中挥发。如外加小分子有机碳能够减少乌栅土和红壤性水稻土中HCB的挥发,而且HCB在乌栅土(有机碳含量为34g/kg)中的挥发性强于红壤性水稻土(有机碳含量为14g/kg),表明有机质是控制HCB土/气分配的重要因子们。土壤水分也是影响HCB挥发的重要因素,一般土壤含水量越高,HCB的挥发性越弱。另外,土壤温度也是影响HCB挥发的重要因子,土壤温度越高,HCB的挥发性越强,在热温带地区HCB以较高的平均速率挥发,而在气候凉爽和多雨的地区则从大气向颗粒物中分离并沉积于地面。对于随污泥进人土壤中的氯苯的挥发行为的研究结果表明,氯苯的挥发过程存在两步一级动力学,即随污泥施入土壤中的氯苯被土壤吸附需要一段时间,开始时存在着大量游离的氯苯,因而挥发速率较快,随后氯苯逐渐由游离态变为吸附态,挥发速率趋于平衡。

    研究HCB从土壤的挥发作用,对于了解污染物在土壤中的残留量和停留时间,判断该污染物在大气中的含量和生态毒理效应,以及掌握污染物的环境归趋等都具有重要的理论和实际意义。

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