印染污泥脱水车间污染特征及源
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关键词：大气颗粒物;多环芳烃;印染污泥脱水车间;源解析
大气PM10、PM2.5作为主要的大气污染物，可吸附多种多环芳烃(PAHs)[1]。由于PAHs具有致癌性和致畸性，故其在环境中迁移转化对人体造成的影响受到广泛关注[2-3]。目前，16种PAHs被美国环保署(USEPA)列为优先控制的污染物。根据我国环境统计年报，近年来我国印染行业日排放印染污泥约1.5万t，其染料废水中可能含有大量PAHs[4]。印染污泥主要在污泥脱水车间经高压过滤脱水，其车间室内空气污染情况对生产车间工人健康造成不可忽视的影响。PAHs可富集在空气PM10和PM2.5中，经吸入途径进入人体，造成严重危害[5-7]。笔者针对广州市南沙区一家典型的印染废水处理厂污泥脱水车间，于夏、秋季分别采集污泥脱水车间的空气PM10、PM2.5进行PAHs含量分析，同时在广州市番禺区大学城设置空白背景点，分析印染污泥脱水车间空气颗粒物中PAHs污染特征及来源，为制定有效的PAHs污染控制措施提供参考依据。
1材料与方法
1.1样品采集对广州市某印染废水处理厂的污泥脱水车间及一般办公车间(背景点)进行室内空气颗粒物采样，采样时间为夏季(2017年8月14—20日)及秋季(2017年11月1—7日)。使用两台2031型智能大流量采样器(青岛崂应环境科技有限公司，流量为1m3/min)分别采集PM2.5和PM10，每个样品采样时间为24h，采样滤膜为石英滤膜(QMA，美国Whatman公司，20.3cm×25.4cm)。共采集PM2.5和PM10样品各28个。样品用锡箔纸包裹并存放于-20℃冰箱保存至分析。1.2样品前处理用镊子取滤膜样品的1/4并剪碎，放入具塞锥形瓶中，加入氘代物(芘-d10、芴-d10)作为回收率指示物，加入提取液(V二氯甲烷∶V正己烷=1∶1)15ml，在放置冰袋的KQ-300D数控超声波清洗仪(东莞科桥超声波设备厂)以水温20℃超声10min，提取3次，合并提取液，经旋转蒸发仪浓缩至1ml，用硅胶氧化铝复合净化分离，得到目标PAHs组分，旋蒸、氮吹浓缩至1ml待用。1.3样品分析采用7890B气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司)对16种USEPA优控的PAHs浓度进行检测，包括萘(Nap)、苊烯(Acy)、苊(Ace)、芴(Flu)、菲(Phe)、蒽(Ant)、荧蒽(FIA)、芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、屈(Chr)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[a]芘(BaP)、茚并[1，2，3-c，d]芘(IcdP)、二苯并[a，h]蒽(DBahA)、苯并[g，h，i]苝(BgihP)。色谱柱为石英毛细管色谱柱(30m×250μm，0.25μm)，载气为氦气。分析条件为：进样口温度：290℃;升温程序：柱温80℃保持1min，以3℃/min升温至161℃;以5℃/min升温至220℃;以10℃/min升温至310℃，保持5min。质谱条件：EI为电离源，扫描方式为选择离子扫描。采用标准曲线法进行定量。1.4质量控制石英纤维滤膜使用前用马弗炉450℃灼烧5h，除去有机物。滤膜称量前后均置于干燥器中平衡24h。PAHs分析过程进行空白对照及加标回收率实验。空白实验中未检测到16种优控PAHs目标化合物。所有PM2.5、PM10样品均加入氘代物(芘-d10、芴-d10)作为回收率指示物。16种PAHs的回收率在76.2%~112.1%之间，满足《环境空气和废气气相和颗粒物中多环芳烃的测定气相色谱-质谱法》(HJ646—2013)的要求。1.5来源解析方法采用特征比值法对PM10、PM2.5中PAHs进行来源解析，根据特定单体之间的相对含量判断PAHs来源[8]。本研究选用BaP/BghiP、Flua/(Flua+Pyr)、IcdP/(IcdP+BghiP)、BaA/(BaA+Chr)4种特定的质量浓度比对大气PM10、PM2.5中PAHs来源进行分析。判定依据：当0.40.35时，表明PAHs来自燃烧源[13]。1.6PAHs毒性评价方法BaP作为具有强致癌性的PAHs代表物，与其他15种PAHs具有一定的相关性，目前多用来进行健康风险评估。本研究采用BaP为标准参考物，定义其毒性当量因子(TEFs)为1，其他15种PAHs单体与BaP进行对比，计算相应的毒性当量浓度，并将16种PAHs的TEFs相加得到总PAHs毒性当量浓度[14]。通过公式(1)计算：TEQBaP=∑Ci×TEFi(1)式中：Ci为第i个PAHs浓度;TEFi为毒性当量因子;TEQBaP为BaP毒性当量浓度。1.7统计学分析采用Excel2010软件进行数据统计和分析。
2结果
2.1夏秋季PM10、PM2.5中PAHs的质量浓度变化特征污泥脱水车间与背景点夏秋季大气PM10、PM2.5中PAHs浓度见表1。污泥脱水车间夏季PM10、PM2.5中PAHs浓度变化范围分别为39.69~52.91、25.03~37.06ng/m3，秋季分别为96.43~150.76、66.31~108.27ng/m3;夏季均值分别为46.45、29.26ng/m3，秋季分别为124.57、83.24ng/m3。对照背景点的夏季PM10、PM2.5中PAHs浓度变化范围分别为7.00~9.20、3.65~6.47ng/m3，秋季分别为14.74~21.71、10.47~15.83ng/m3;夏季均值分别为8.11、5.61ng/m3，秋季分别为19.41、14.11ng/m3。可见颗粒物中总PAHs含量浓度为秋季高于夏季，秋季为夏季的2~3倍。夏季污泥脱水车间PM10、PM2.5中总PAHs约为背景点的5倍;秋季脱水车间PM10中总PAHs约为背景点的7倍，PM2.5为6倍。污泥脱水车间夏季PM10、PM2.5中BaP平均值分别为2.16、0.78ng/m3，秋季分别为6.25、3.26ng/m3，其中秋季日均值超过《环境空气质量标准》(GB3095—2012)规定的BaP日均限值(2.5ng/m3)，背景点夏秋季颗粒物中质量浓度均未超标。2.2夏秋季PM10、PM2.5中不同苯环数的PAHs分布污泥脱水车间和背景点夏秋季大气颗粒物中的不同环数PAHs百分比见表2。可见每个采样点的夏秋季PAHs环数分布类似，其中污泥脱水车间主要以2~3环为主，占总PAHs质量浓度的30%~41%;其次为4环，占24%~27%;5~6环共占34%~43%;背景点大气颗粒物中2~3环PAHs占17%~25%，4环占16%~20%，5~6环共占58%~65%。2.3PAHs的来源解析污泥脱水车间和背景点夏秋季大气颗粒物的特征比值见表3。根据1.5节的判定依据，污泥脱水车间及背景点的大气颗粒物中PAHs主要来源为机动车尾气及燃煤排放;此外，污泥脱水车间以柴油汽车尾气为主，石油挥发源也是其排放源之一。2.4PAHs的毒性评价以大气中BaP为标准参考物，评估采样期间PAHs的污染水平及健康风险。结果显示，污泥脱水车间夏季PM10、PM2.5中日平均总PAHs毒性当量浓度分别为4.7、2.2ng/m3，前者接近限值的2倍;秋季PM10、PM2.5中日平均总PAHs毒性当量浓度分别为13.7、7.9ng/m3，分别为限值的5.4、3.1倍;夏季背景点的大气颗粒物中总PAHs毒性当量浓度分别为1.0、0.7ng/m3，秋季分别为3.0、2.1ng/m3，仅秋季PM10中PAHs略超标，其他均未超过标准限值。
3讨论
本研究显示，印染污泥脱水车间大气颗粒物中总PAHs含量浓度为秋季高于夏季，秋季总PAHs浓度是夏季的2~3倍，符合以往研究得到的气温越低、总PAHs质量浓度的规律[15]。夏季污泥脱水车间PM10、PM2.5中总PAHs约为背景点的5倍，秋季脱水车间PM10中总PAHs约为背景点的7倍，PM2.5约为6倍，可能与印染污泥所含PAHs可在脱水过程中挥发有关。本研究显示，污泥脱水车间PAHs主要以2~3环为主，占总PAHs质量浓度的30~41%，而背景点大气颗粒物中2~3环PAHs占17%~25%，污泥脱水车间2~3环比例高于背景点，背景点的5~6环PAHs比例较高。可能与印染污泥所含PAHs可在脱水过程中挥发有关。在16种优控PAHs中，2~3环具有一定挥发性，多存在于气相中，4环可进行气固分配，5~6环挥发性较差，可吸附于大气颗粒物中[15]。特征比值分析可见，污泥脱水车间及背景点的大气颗粒物中PAHs主要来源为机动车尾气及燃煤排放，与以往研究一致[16]。本研究显示，污泥脱水车间夏季PM10日平均总PAHs毒性当量浓度为4.7ng/m3，接近限值(2.5ng/m3)的2倍，秋季PM10、PM2.5日平均PAHs毒性当量浓度分别为13.62、7.88ng/m3，约为限值的5.4、3.1倍。综上所述，污泥脱水车间大气环境中PAHs污染程度较高，可能对人员健康造成影响，应采取有效的防护措施。
作者：骆献达 王玉洁 万全 魏子凯 单位：广东工业大学环境科学与工程学院
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