珠三角工业园区大气中溴代阻燃剂、有机磷系阻燃剂及金属元素的污染及来源分析

来源 :中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:chrislo
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溴代阻燃剂(BFRs)和有机磷系阻燃剂(OPFRs)由于优良的阻燃性能被广泛的应用于各类商品,然而,这些阻燃剂多以物理结合的方式添加在商品中,在商品的生产、使用和弃置过程中容易释放到环境,对生态环境和人体健康造成危害。因此,这些产品添加剂在环境中被广泛检出,是一类无处不在的污染物。大气是污染物的重要载体,对环境中污染物的赋存、传输、界面交换以及人体暴露都起到非常重要的作用。目前,针对大气BFRs、OPFRs等阻燃剂污染物的研究大多集中在某些区域中它们的污染特征、大气传输、沉降等。工业活动往往是大气中污染物的重要来源,然而,目前对相关工业活动造成的BFRs和OPFRs污染特征、排放和人群暴露的研究很少。认识工业排放BFRs和OPFRs等污染物,对认识其来源、传输、人体健康危害、进行相关行业的管控以更好履行POPs国际公约均具有重要的意义。本研究在珠三角城市地区和电子垃圾回收区的多个工业园周边采集了大气中的总悬浮颗粒物(TSP)、细颗粒物(PM2.5)和气相样品。探究了BFRs、OPFRs等有机污染物在这些潜在排放源周边大气的污染浓度、组成及空间分布特征,并运用模型估算了不同工业园的污染物排放量,分析了排放能力的行业和地区特点。通过分析污染物和多环芳烃(PAHs)、有机碳(OC)、元素碳(EC)来源指示性污染物之间的相关性,探究了BFRs和OPFRs的排放机制。同时,对各工业/商业活动周边大气颗粒物中的多种金属元素、水溶性离子也进行了分析。运用细胞暴露实验对颗粒物A549细胞簇的细胞毒性进行了探究,并对金属元素的人体致癌风险进行了评估。整体看来,城市地区工业园大气中BFRs的浓度要低于电子垃圾回收区,PBDEs和DBDPE是两地不同类型工业/商业活动周边大气中浓度最高的BFRs。城市地区22处采样点大气TSP中PBDEs和DBDPE的中值浓度分别为184和414 pg/m3,而PM2.5中分别为40.2和63.4 pg/m3。各类BFRs在气相中的含量较低,仅有部分低溴代PBDEs(中值浓度为5.72 pg/m3)检出。城市地区大气中PBDEs的浓度高值多出现在机械制造、电子产品和装饰材料生产、汽车制造类行业周边,而DBDPE的浓度高值多出现在机械制造和电子产品生产行业周边。电子垃圾回收区4处采样点大气TSP中PBDEs和DBDPE中值浓度分别为411和193 pg/m3;PM2.5中两者的中值浓度分别为201和93.2 pg/m3;气态样品也仅有部分低溴代PBDEs检出,但中值浓度高于城市地区,为42.4 pg/m3。整体看来,城市地区大气中DBDPE浓度高于PBDEs,而电子垃圾回收区的结果恰恰相反。BTBPE在城市地区TSP和PM2.5的中值浓度分别为9.54和2.78 pg/m3,而且浓度波动较小。电子垃圾回收区大气中的BTBPE浓度波动较大,4处TSP和PM2.5中的浓度均值分别为8.63–345和9.30–279 pg/m3。两地大气中占比最高的PBDEs单体均为BDE209,但是,在电子垃圾回收区大气颗粒物中的BDE209可能发生了较大程度的降解。城市地区低溴代BDEs的单体组成相对稳定,电子垃圾回收区波动较大,说明电子垃圾回收行业可能仍会向空气中直接排放低溴代BDEs。通过Junge-Pankow模型,发现城市地区各工业园大气中PBDEs可能主要吸收在颗粒物中的有机相,电子垃圾回收区PBDEs则主要吸附在颗粒物表面。城市地区各处工业点源PBDEs的排放能力(中值为1555 g/yr)要低于DBDPE(5819 g/yr),而电子垃圾回收区PBDEs的排放水平(7350 g/yr)高于DBDPE(2656 g/yr)。BTBPE在城市地区可能主要来自面源污染,但在电子垃圾回收区有较大程度的点源排放。电子垃圾回收区各处工业园BTBPE的排放能力为233g/yr。城市地区工业园大气颗粒物中BDE209和DBDPE具有很好的显著相关性,说明来自工业过程的PBDEs和DBDPE直接排放。城市地区PM2.5中BDE209与BTBPE无显著相关线性,但TSP中BDE209与BTBPE之间具有显著相关性,来自城市地区工业园DBDPE和BDE209可能主要存在于细颗粒物(PM2.5)中。城市地区各类BFRs与PAHs、OC、EC的相关性都不高,工业生产过程的燃烧或者热过程可能对BFRs排放的影响较小。电子垃圾回收区各类BFRs与PAHs、OC、EC都有很好的显著相关性,说明电子垃圾的燃烧或者热解过程有较多BFRs的直接排放。城市地区和电子垃圾回收区工业园大气PM2.5中OPFRs的浓度整体相当。城市地区各采样点OPFRs的浓度变化较大,为519–62747 pg/m3,中值为2854pg/m3。OPFRs的浓度高值多出现在电子产品生产、塑料加工制造、废物回收、电镀化工类行业周边,而OPFRs的浓度低值则出现在机械制造、造纸、衣物和家具生产加工类行业周边。城市地区各工业园PM2.5中主要的OPFRs单体为TCIPP和TMPP(平均分别占12种OPFRs的35.7%和19.6%),但TPHP在机械和制衣(32.3–54.1%)、TNBP在家居产品和家具生产(16.7–88.0%)、EHDPP在正规的废旧物资回收和皮革生产(11.2–31.8%)工业活动周边大气PM2.5中也表现出较高的占比。电子垃圾回收区大气PM2.5中OPFRs的浓度为775–13823pg/m3,中值为3321 pg/m3。TPHP、TCIPP和TMPP是当地PM2.5中最主要的OPFRs,平均分别占12种OPFRs的41.4%、25.9%和16.5%。城市地区PM2.5中各工业点源的OPFRs排放能力中值为73 kg/yr(8.8–546 kg/yr),大于BFRs的排放能力。电子垃圾回收活动的OPFRs排放能力小于城市地区,中值为33 kg/yr(27–45kg/yr)。城市地区各工业园大气中OPFRs整体的相关性较弱,可能是工业过程使用的OPFRs种类不同或OPFRs经过了不同的大气过程。两地氯代OPFRs与TNBP都有很好显著相关性,氯代OPFRs可能主要来自两地工业园的直接排放。城市和电子垃圾回收区工业园大气中大部分OPFRs与PAHs、OC、EC都没有显著相关性,可能由于不同的排放机制或大气过程,但EHDPP和TEHP与PAHs、OC、EC都发现了显著相关性,说明这两种OPFRs单体受到工业燃烧或者热过程的影响较大。城市地区工业园大气颗粒物中主要的痕量金属为Ni、Cu、Mo、Mn、Pb和Ti;TSP中这些主要的痕量金属浓度中值为94.3–326 ng/m3,PM2.5中则为31.8–70.6 ng/m3。Ni、Pb和Mn是有毒的高浓度痕量金属,它们的浓度高值分别出现在电子产品生产销售、皮革生产和电子产品生产类行业周边。电子垃圾回收区颗粒物中含量最高的痕量金属为Cu、Pb和Ti;在TSP中的浓度中值分别为235、113和16.3 ng/m3,PM2.5中的浓度中值分别为104、88.1和11.4 ng/m3。城市地区各工业园大气颗粒物中主要的水溶性离子浓度水平依次为NO3-、SO42-、NH4+和Cl-,NH4+可能主要与SO42-结合存在于大气颗粒物中;电子垃圾回收区大气颗粒物中主要水溶性离子的浓度则表现为NO3->NH4+>SO42->Cl-,但NH4+可能倾向于与NO3-结合。城市地区不同粒径的可吸入大气颗粒物具有相似的A549细胞毒性,但较粗粒径(5.8–10μm)的颗粒物毒性较大。机械制造、皮革生产行业和垃圾火力发电厂周边的大气颗粒物具有较高的A549细胞毒性;大气颗粒物中BFRs、大部分OPFRs和金属元素对A549细胞的直接毒性作用可能较弱,但颗粒物中的水溶性离子、PAHs和EC有较显著的毒性效应。城市地区大气PM2.5中人体呼吸暴露量最大的有害金属元素为Pb、Mn和Ni,电子垃圾回收地区仅Pb的呼吸暴露量较突出。Cr(VI)在两地的呼吸暴露量也很高,但Cr(VI)在城市和电子垃圾地区的检出率不高,分别为68.2%和25%。Cr(VI)和As是两地大气PM2.5中人体致癌风险商最高的两种有害金属,城市地区Cr(VI)和As的致癌风险商中值分别为2.27×10-5和1.47×10-6,电子垃圾回收区分别为1.99×10-5和1.89×10-6;Cr(VI)和As的致癌风险商均超出了美国EPA设定的安全阈值(10-6)。
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