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随着我国工业化和城市化进程的不断加快,城市“退二进三”“退城进园”等调整规划的绿色推进,在京津冀等经济快速发展区相继涌现出大量的染料化工污染地块,一定程度上制约了区域社会经济与生态环境的协调发展[1]。氯苯类化合物(chlorobenzenes, CBs)是染料化工行业中广泛应用的原料和有机溶剂,是一类由氯原子取代苯环上的氢原子而形成的单环芳香族化合物,包括氯苯、二氯苯、三氯苯、四氯苯、五氯苯和六氯苯共6种(12个)同系物[2-3]。该类物质具有高毒性、持久性和生物蓄积性等特点,且具有“三致”作用[3-4]。我国已公布的优先控制污染物黑名单以及优先控制化学品名录等文件中已明确纳入氯苯、1,2-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯、五氯苯和六氯苯[4]。在CBs的使用、生产、储存以及运输的过程中,因跑冒滴漏以及三废处置不当等因素,致使其进入企业用地及其周边的土壤环境中,进而迫害生态环境并危及人体健康[5-7]。
近年来,我国相继颁布的土壤污染防治法律法规逐步规范了污染地块环境管理流程[8],土壤污染状况调查是启动地块环境管理工作的开端,调查结果能否准确刻画污染物在地块的空间分布特征将直接影响后续风险评估及治理修复等环节,进而影响政府部门的管理决策。目前,国内外关于CBs在化工污染地块分布特征的研究众多[5-7,9-10],但选取的目标污染物普遍为某1种,或2~3种氯苯类化合物。孟宪荣等[6]研究了氯苯在某化工污染地块的水平和垂直分布特征,结果表明,生产功能分区和地块水文地质条件是影响氯苯分布的主要因素。余梅[9]以氯苯、二氯苯和三氯苯为例,研究了CBs在某化工污染地块的分布特征及迁移规律。SPIGARELLI等[10]研究了9个化工污染地块中六氯苯的分布特征,发现地块范围的空气、土壤和地下水中都存在不同程度的污染。而国内已开展的众多染料化工场地调查案例中,发现地块土壤环境中通常存在多种氯苯类化合物污染的情况。田亚静等[11]发现,二氯苯和三氯苯产品中混有少量的氯苯和其它多氯苯物质;酞菁系列染料生产过程中,三氯苯的使用通常会产生六氯苯。袁祎倩[12]研究了5个染料化工企业的印染废水,发现都存在三、四、五、六氯苯的普遍检出。因此,明确染料化工污染地块中不同氯苯类化合物的分布特征以及迁移转化规律,对后续风险评估、管控以及修复等地块管理环节至关重要。
本研究以北京某染料厂污染地块为研究对象,研究了地块包气带和饱和带中6种氯苯类化合物的分布特征。结合地块的历史生产功能区分布、地层结构以及污染物特性,进一步分析了不同氯苯类化合物的迁移转化规律,建立了地块内CBs迁移转化路径概念模型。
北京某染料厂污染地块土壤和地下水6种氯苯类化合物的分布特征及迁移转化分析
Distribution, migration and transformation of six chlorobenzene compounds in soil and groundwater of a dye factory in Beijing
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摘要: 针对染料化工企业用地存在多种氯苯类化合物污染的问题,以北京某染料厂污染地块为研究对象,采集并测定土壤样品260个、地下水样品6个,研究了地块包气带和饱和带中6种氯苯类化合物的分布特征,分析了6种物质的来源与迁移过程。结果表明,6种氯苯类化合物主要分布在生产区及污水处理区等重污染区的包气带中,低氯苯类化合物遍布地下水中。推断四氯苯、五氯苯和六氯苯主要由生产原料(二氯苯和三氯苯)在高温等工艺条件下发生氯化反应转化而成,而氯苯是由深层厌氧环境中的CBs经微生物还原脱氯生成。氯苯自深层厌氧区迁移扩散,部分向上扩散进入包气带再挥发至空气中;其它5种污染物在重污染区进入包气带,主要受淋溶以及重力作用向下迁移,汇集于包气带的黏粉~粉黏层,其中的二氯苯和三氯苯穿透包气带进入地下水并扩散至整个厂区。本研究结果可为染料化工污染地块的调查及修复工程提供参考。Abstract: Aiming at the pollution problem of a variety of chlorobenzene compounds in the land used by dye chemical enterprises, taking a dye contaminated site in Beijing as the research object. A total of 260 soil samples and 6 groundwater samples were collected and analyzed. The distribution of six chlorobenzene compounds in the vadose zone and saturation zone of the site were investigated, and the source and migration process of the six substances were analyzed. The results showed that six chlorobenzene compounds were mainly distributed in the vadose zone of the heavily polluted areas, such as the production area and the sewage treatment area. Additionally, the low chlorobenzene compounds were found all over the groundwater. It was inferred that tetrachlorobenzene, pentachlorobenzene and hexachlorobenzene were mainly produced by chlorination of raw materials (dichlorobenzene and trichlorobenzene) under high temperature and other process conditions, while chlorobenzene was generated by anaerobic microbial reduction dechlorination of CBs in deep anaerobic zone. Chlorobenzene migrates and diffuses from the deep anaerobic zone, and part of it diffuses upward into the vadose zone and then volatilizes into the air. The other five pollutants enter the vadose zone of the heavily polluted area, migrate downward mainly by leaching and gravity, and collect in the sticky powder ~ powder sticky layer of the vadose zone. Particularly, dichlorobenzene and trichlorobenzene penetrate the vadose zone and spread throughout in the groundwater of the site. The results of this study can provide a reference for the investigation and remediation of dye chemical contaminated sites.
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Key words:
- chlorobenzene pollutants /
- vadose zone /
- saturation zone /
- distribution characteristics /
- migration /
- transformation
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表 1 氯苯类化合物的理化性质及其检出限
Table 1. Physical and chemical properties, limit of detection of chlorobenzene compounds
物质名称 简写 沸点/℃ 25℃水中溶解度/(mg·L−1) 25℃下的蒸汽压/Pa 土壤吸附系数/(Koc) 检出限/(mg·kg−1) 氯苯 MCB 132.0 293.0 1 670.0 466.0 0.006 二氯苯 DCB 173.0~180.5 30.9~123.0 90.0~269.0 987.0~1 470.0 0.019 三氯苯 TCB 208.0~218.5 3.99~45.3 17.3~45.3 2 670.0~3 680.0 0.019 四氯苯 TeCB 243.6~254.0 2.16~12.1 0.7~9.8 6 990.0~8 560.0 0.1 五氯苯 PeCB 277.0 0.83 - 28 700.0 0.1 六氯苯 HCB 323.0 0.01 0.3 317 000.0 0.1 表 2 土壤和地下水中CBs检测数值统计
Table 2. Statistics on the detection data of CBs in soil and groundwater
介质 物质名称 点位
检出率/%样品
检出率/%最大值* 最小值* 平均值* 标准差 偏度 峰度 最大检出
深度/m土壤 氯苯 27.45 10.00 477.00 nd 3.77 36.02 11.23 133.64 13.6 二氯苯 35.29 15.00 42 500.00 nd 168.41 2 635.96 16.12 259.79 18.5 三氯苯 50.00 27.69 4 800.00 nd 33.95 307.53 14.61 225.21 18.5 四氯苯 23.53 6.54 61.20 nd 0.45 4.01 13.89 206.38 12.5 五氯苯 13.73 3.08 4.80 nd 0.10 0.42 9.45 92.65 12.5 六氯苯 21.57 6.92 13.50 nd 0.18 1.08 10.34 112.97 8.0 地下水# 氯苯 100.00 100.00 449.00 38.80 179.13 153.52 1.27 1.25 − 二氯苯 100.00 100.00 1 068.00 246.00 612.83 288.72 0.46 0.17 − 三氯苯 100.00 100.00 1 806.00 25.60 707.10 814.51 0.84 −1.81 − 注:“*”表示土壤单位为mg·kg−1,地下水单位为µg·L−1;“#”表示地下水样品中高氯苯类化合物都未检出;“nd”表示低于检出限。 表 3 包气带土壤中CBs检测数值统计
Table 3. Statistics on the detection data of CBs in the vadose zone soil
分层 物质 点位数/
样品数点位检
出率/%样品检
出率/%最大值/
mg·kg−1最小值/
mg·kg−1平均值/
mg·kg−1标准差 偏度 峰度 第1层 MCB 51/97 15.69 11.34 299.00 nd 4.85 33.81 7.84 64.21 DCB 11.76 10.31 842.40 nd 9.29 85.51 9.84 96.83 TCB 23.53 17.53 4 800.00 nd 50.97 487.30 9.84 96.93 TeCB 9.80 5.15 16.10 nd 0.37 2.12 6.92 47.26 PeCB 7.84 4.12 4.80 nd 0.14 0.62 6.96 47.95 HCB 15.69 10.31 9.49 nd 0.18 0.97 9.42 90.96 第2层 MCB 51/92 7.84 8.70 2.52 nd 0.09 0.41 5.07 26.41 DCB 17.65 14.13 111.70 nd 1.94 12.16 8.42 75.20 TCB 35.29 31.52 710.00 nd 20.27 90.89 6.04 40.28 TeCB 11.76 8.70 61.20 nd 0.75 6.37 9.58 91.86 PeCB 3.92 2.17 1.07 nd 0.07 0.12 7.81 63.76 HCB 7.84 6.52 5.82 nd 0.12 0.60 9.40 89.28 第3层 MCB 51/59 9.80 11.86 477.00 nd 8.39 62.07 7.68 58.95 DCB 19.61 23.73 42 500.00 nd 722.22 5 532.78 7.68 59.00 TCB 31.37 35.59 842.00 nd 32.32 123.96 5.47 32.98 TeCB 5.88 5.08 3.07 nd 0.15 0.50 5.34 27.94 PeCB 1.96 1.69 2.79 nd 0.10 0.36 7.68 59.00 HCB 3.92 3.39 13.50 nd 0.28 1.75 7.68 59.00 注:“nd”表示低于检出限。 表 4 填土层中CBs之间的相关系数
Table 4. Correlation coefficient of CBs in fill layer
物质 MCB DCB TCB TeCB PeCB HCB MCB 1 DCB -0.012 1 TCB -0.012 1.000** 1 TeCB -0.017 0.639** 0.640** 1 PeCB -0.019 0.773** 0.772** 0.515** 1 HCB -0.017 0.985** 0.986** 0.632** 0.854** 1 注:“**”表示在 0.01 水平(双侧)上显著相关。 表 5 饱和带土壤中CBs检测数值统计
Table 5. Statistics of detection data of CBs in saturated soil
物质
名称第1层 第2层 点位总数/
检出数样品总数/
检出数检出点位及其对应检测数值/
(mg·kg−1)点位总数/
检出数样品总数/
检出数检出点位及其对应检测值/
(mg·kg−1)MCB 6/1 6/1 SD03(4.52) 6/0 6/0 — DCB 6/2 6/2 SD03/22(84.00/10.91) 6/1 6/1 SD03(6.41) TCB 6/4 6/4 SD02/03/09/22(0.35/56.3/12.06/57.60) 6/1 6/1 SD03(6.19) TeCB 6/1 6/1 SD03(2.94) 6/0 6/0 — PeCB 6/1 6/1 SD03(0.23) 6/0 6/0 — HCB 6/0 6/0 — 6/0 6/0 — -
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