（环境工程专业论文）天津污灌区水体、土壤及农作物中典型有机污染物污染状况研究.pdf

摘要 摘要 一直以来，我国北方地区水资源匮乏，迫于缺水的形势和工农业争水的事 实，灌溉用水越来越紧张。天津从1 9 5 8 年开始用污水灌溉农田，到1 9 8 1 年污 灌面积总计为2 2 3 8 3 万亩，为全国首位。2 0 0 3 年的数据显示，天津污灌面积占 全市灌溉面积的2 2 。天津的污灌区主要有三个，南排污河灌区、北排污河灌 区和北京排污河灌区。 本文对天津污灌溉区进行采样调查，借鉴美国e p a 优先控制污染物名单和 我国优先控制污染物名单及有机物的特点选取了p a h s 、p a e s 、b t e x 、硝基苯 类化合物这四大类典型有机污染物( p o p s ) 作为监测对象。通过分析以上筛选出的 四大类典型有机污染物( p o p s ) 在污灌溉区水体，土壤剖面中及农作物中的含量和 浓度水平，了解了该地区污灌区中污染物的主要类型和分布特征，并利用多介 质环境目标值( m e g ) 方法来评价污染的健康影响度。获得了如下主要结论： ( 1 ) 水体中四类有机污染物均有检出，水中b t e x 主要为对二甲苯，其余 b t e x 平均浓度均小于6 l 。水体中p a h s 主要为萘，平均浓度为3 “l ，其 次为苊、芴、茚并芘。水体中p a e s 主要为邻苯二甲酸二( 2 ；乙基) 己酯，其次为 邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯。水体中酚类和硝基苯类的主要污染物 为苯酚，达到6 5 g l ，其次是2 ，4 二硝基氯苯，达到1 l 。 ( 2 ) 土壤中b t e x 主要为甲苯，平均浓度值为7 “g 左右，其次是乙苯。 土壤中1 6 种p a h s 均有检出，主要为萘，平均浓度为0 2 6 蚓g ，其次为茚并芘、 苊、芴等。土壤中5 种p a e s 均有检出，主要为邻苯二甲酸二辛酯，达到3 p g ， 其次为邻苯二甲酸- - ( 2 ；乙基) 己酯和邻苯二甲酸二丁酯。土壤中酚类和硝基苯类 主要污染物为苯酚，接近1 6 g 。 ( 3 ) 三次采样表明，农作物中b t e x 总浓度差别较大，茴香、豆角、油麦 菜、小白菜等叶类菜含量稍高，而黄瓜、茄子、丝瓜、萝b 等非叶菜含量稍低。 主要检出污染物为甲苯、乙苯和对二甲苯。农作物中p a h s 、p a e s 总浓度差别较 小，p a h s 类主要检出污染物为萘、芴、茚并芘。p a e s 类主要检出污染物为邻苯 二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯。农作物中酚类和硝基苯类总浓度在2 肛g 以 内，主要检出污染物为苯酚和4 硝基甲苯。 摘要 ( 4 ) 综合m e g 评价结果，p a e s 是对水体和土壤中健康影响度最大的一类 物质。b t e x 类物质中氯苯和1 氯4 硝基苯对水体a s 值影响最大，1 氯4 硝基 苯和甲苯对土壤a s 值影响大。p a h s 中苯并 a 葸是对水体和土壤a s 值影响都 最大的物质。水体三次采样的t a s 值均在1 左右，说明天津污灌区水体的整体 污染情况较严重，对人体健康有潜在危害。土壤样品三次采样的t a s 值均小于 1 ，表明污灌区土壤对人体相比于水体潜在危害性小。 综合水体、土壤和农作物中的四类污染物浓度分布表明，以及m e g 健康影 响度评价结果，主要污染物在三种体系中体现了很好的一致性，表明污灌对水 体、土壤和农作物产生了污染，具有较高的污染转移风险，应加强污灌区污染 的治理，提倡科学灌溉。 关键词：天津污灌区，p a h s ，p a e s ，b t e x ，m e g 健康影响度 i i a b s t r a c t f o rt h er e a s o n so fl a c k i n go fw a t e r r e s o u r c e si nn o r t hc h i n aa n di n c r e a s i n go f a g r i c u l t u r ea n di n d u s t r yw a t e rc o n s u m p t i o n ，i r r i g a t i o nw a t e ri sb e c o m i n gm o r ea n d m o r en e r v o u s t h e h i s t o r yo ft i a n j i ns e w a g ei r r i g a t i o nc a l ld a t eb a c kt o19 5 8 ，a n dt h e t o t a la r e ao fs e w a g ei r r i g a t i o ni n1 9 8 1i s2 2 3 8 3m i l l i o nm uw h i c hi st h el a r g e s ti n c h i n a t h ed a t ai n2 0 0 3s h o w st h a tt i a n j i ns e w a g ei r r i g a t i o na r e aa c c o u n t e df o r2 2 o ft h et o t a li r r i g a t i o na r e a t h et h r e em a i ns e w a g e i r r i g a t i o ni nt i a n j i na r ed a g uc a n a l i r r i g a t i o na r e a ，n o r t hs e w a g ei r r i g a t i o na r e aa n db e i j i n gd r a i n a g ei r r i g a t i o na r e a r e s p e c t i v e l y i nc o n s i d e r a t i o no ft h ee p aa n dc h i n a p r i o r i t yp o l l u t a n t sl i t sa n dt h e c h a r a c t e r i s t i c so fo r g a n i cp o l l u t a n t s ，f o u rt y p i c a lo r g a n i cp o l l u t a n t s ( p a h s ，p a e s ， b t e xa n dn i t r o b e n z e n ec o m p o u n d s ) i nt i a n j i ns e w a g ei r r i g a t i o na r e aa r es e l e c t e dt o b et h em o n i t o r i n go b j e c t s t h r o u g ht h ea n a l y s i so ft h ec o n t e n ta n dc o n c e n t r a t i o no f m o n i t o r i n go b j e c t s ( p o p s ) i nw a t e r , s o i lp r o f i l e sa n dc r o p s ，t h em a j o rt y p e sa n d d i s t r i b u t i o nf e a t u r e so ft h ep o l l u t a n t si n t h i s i r r i g a t i o na r e aa r eo b t a i n e da n dt h e p o l l u t a n th e a l t h ye f f e c t sa r ea s s e s s e da c c o r d i n gt ot h em u l t i m e d i ae n v i r o n m e n t a l g o a l s ( m e g ) m e t h o d t h ef o u rm a i nc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) f o u rk i n d so ft y p i c a lo r g a n i cp o l l u t a n t sa r ea l ld e t e c t e di nw a t e r t h em a i n b t e xi nw a t e ri sp - x y l e n e ，a n dt h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fo t h e rb t e xa r ea l l b e l o w6 “g r t h em a i np a l l si nw a t e ri sn a p h t h a l e n e ，w i t ha na v e r a g ec e n t r a t i o no f 3 “l ，f o l l o w e db ya c e n a p h t h e n e ，f l u o r e n e ，i n d e n o p y r e n e t h em a i np a e si nw a t e ri s d i ( 2 。e t h y l h e x y l ) p h t h a l a t e ，f o l l o w e db yd i o c t y lp h t h a l a t ea n dd i n b u t y lp h t h a l a t e t h e m a i np h e n o l i ca n dn i t r o b e n z e n ec o m p o u n di nw a t e ri sp h e n o l ，w i t hac o n c e n t r a t i o no f 6 5 1 x g l ，f o l l o w e db y2 , 4 - d i n i t r o c h l o r o b e n z e n e ，w h i c hi su pt olg g l ( 2 ) t h em a i nb t e xi ns o i li st o l u e n e ，w i t ha na v e r a g ec o n c e n t r a t i o no f7 9 9 g ， f o l l o w e db ye t h y lb e n z e n e s i x t e e nk i n d so fp a h si ns o i la r ea l ld e t e c t e d t h em a i n o n ei sn a p h t h a l e n e , w i t ha na v e r a g ec e n t r a t i o no f0 2 6 p g g ，f o l l o w e db yi n d e n o p y r e n e , a c e n a p h t h e n ea n df l u o r e n e f i v ek i n d so fp a e sa r ea l s od e t e c t e di ns o i l a n dt h em a i n i i i a b s t r a c t o n ei sd i o c t y lp h t h a l a t e ，f o l l o w e db yd i ( 2 - e t h y l h e x y l ) p h t h a l a t ea n d d i b u t y lp h t h a l a t e t h em a i np h e n o l i ca n dn i t r o b e n z e n ec o m p o u n di ns o i li sp h e n o l ，w i t ha c o n c e n t r a t i o n o f1 6 9 9 g ( 3 ) t h ed a t ao ft h r e es a m p l i n gs h o w st h a tt h ed i f f e r e n c eo ft o t a lc o n c e n t r a t i o no f b t e xi nd i f f e r e n tc r o p si ss i g n i f i c a n t ，t h ec o n t e n ti sab i th i g h e ri nl e a f yv e g e t a b l e s s u c ha sf e n n e l ，s t r i n gb e a n s ，l e t t u c ea n dp a k c h o i ，a n dl o w e ri no t h e rv e g e t a b l e ss u c h a sc u c u m b e r , e g g p l a n t , t o w e lg o u r da n dt u m i p t h em a i np o l l u t a n t sd e t e c t e da r e t o l u e n e ，e t h y lb e n z e n e ，x y l e n ea n dp - x y l e n e t h ed i f f e r e n c eo ft o t a lc o n c e n t r a t i o no f p a e sa n dp a h si nd i f f e r e n tc r o p si ss l i g h t ，a n dt h em a j o rp o l l u t a n t so fp a h sd e t e c t e d a r en a p h t h a l e n e ，f l u o r i n ea n di n d e n o p y r e n e t h em a j o rp o l l u t a n t so fp a e sd e t e c t e d a r ed i o c t y lp h t h a l a t ea n dd i b u t y lp h t h a l a t e t h et o t a lc o n c e n t r a t i o no fp h e n o l i ca n d n i t r o b e n z e n ec o m p o u n di nc r o p si sb e l o w2 i - t g gr e s p e c t i v e l y , t h em a j o rp o l l u t a n ti s p h e n o la n d4 - n i t r o t o l u e n e ( 4 ) t h r o u g hm e ge v a l u a t i o nr e s u l t s ，p a e sh a st h em o s ti m p o r t a n te f f e c to n w a t e ra n ds o i lh e a l t he f f e c t s a m o n gb t e x c h l o r o b e n z e n ea n d4 c h l o r o n i t r o b e n z e n e h a v et h eg r e a t e s ti n f l u e n c eo nw a t e ra sv a l u ea n d4 c h l o r o n i t r o b e n z e n ea n dt o l u e n e h a v et h eg r e a s t e s ti n f l u e n c eo ns o i la sv a l u e b e n z a a n t h r a c e n ei np a h sh a st h e g r e a t e s ti n f l u e n c eo nb o t hw a t e ra n ds o i la sv a l u e s t h ev a l u eo ft a si nw a t e ri s a b o u t1 ，w h i c hi n d i c a t e st h eo v e r a l lw a t e rp o l l u t i o ni nt i a n j i ns e w a g ei r r i g a t i o ni s v e r ys e r i o u sa n dp o t e n t i a l l yh a r m f u lt oh u m a nh e a l t h t h ev a l u eo ft a si ns o i li s b e l o w1 ，w h i c hs h o w st h a ts o i lp o l l u t i o nh a s1 e s sp o t e n t i a le f f e c to nh u m a nh e a l t h c o m p a r e dt ow a t e rp o l l u t i o n t h es y n t h e t i ca n a l y s i so ft h ec o n c e n t r a t i o na n dd i s t r i b u t i o no ff o u rt y p e so f p o l l u t a n t si nw a t e r , s o i la n dc r o p sa n dm e gh e a l t h ye f f e c te v a l u a t i o nr e s u l t ss h o w s t h a tt h e r ei sag o o dc o n s i s t e n c yo ft h em a i np o l l u t a n t si nt h r e es y s t e m sa n di n d i c a t e s t h a tw a t e r , s o i la n dc r o p si nt i a n j i ni r r i g a t i o na r ec o n t a m i n a t e db ys e w a g e ，a n dt h e r e i sah i g hr i s ko fp o l l u t i o nt r a n s f e r r i n g a sar e s u l t ，s e w a g ei r r i g a t i o nm a n a g e m e n t s h o u l db es t r e n g t h e n e da n ds c i e n t i f i ci r r i g a t i o ns h o u l db ea d v o c a t e d k e yw o r d s ：t i a n j i ns e w a g ei r r i g a t i o na r e a ，p a h s ，p a e s ，b t e x ，m e gh e a l t h ye f f e c t 第一章绪论 第一章绪论 第一节天津污灌区概况 天津地处华北平原的东北部，海河流域的最下游，北依燕山，东邻渤海。 由于华北地区多年来干旱少雨，而海河流域上游各地为经济发展修水坝建水库， 使得进入到天津的客水量明显减少，工农业用水短缺【1 1 。根据水资源调查资料统 计，1 9 5 6 2 0 0 0 年天津市多年平均水资源总量为1 5 7 0 亿m 3 ，人均水资源占有 量不足全国人均水资源占有量的1 15 ，且水资源时空分布不均，连续枯水年份 经常出现，水资源严重短缺。 京津两地大量未经处理的工业和生活污水通过永定新河、北京排污河等排 入渤海。迫于缺水的形势和工农业争水的事实，灌溉用水越来越紧张，直接采 用未经处理的污水进行农田灌溉已经成为一个普遍存在的现实问题【2 】【3 】。利用这 些过境污水，已经成为天津弥补农业用水不足的重要措施，从而形成了长达几 十年的污灌区。然而，污水灌溉在解决农业用水不足的同时，污水中含有的大 量污染物如重金属、苯系物及多环芳烃类有机污染物质也随之进入土壤中，容 易在水体、土壤环境中累积或进入食物链，对土壤环境和地下水安全构成威胁， 进而影响到人体的健康。因此对天津污灌区水体、土壤及农作物中典型有机污 染物进行调查分析研究，具有重要的意义。 1 1 1 天津污水灌溉历史及分布地区 天津市最早于1 9 4 8 年开始进行污灌，当时在西郊区( 现西青区) 纪庄子一 带，为农民自发的或点或片引用城市生活污水灌田和养鱼，此时引用污水水质 较好。1 9 5 8 1 9 6 5 年期间，天津开凿了南北排污河，沿流域公社及大队开始有组 织地进行引用城市混合污水灌溉，形成成片灌溉，此时上游常年污灌区土壤开 始积累重金属等毒物。1 9 6 5 1 9 8 1 为天津污灌面积快速扩大期。根据第一次全 国主要污灌区农业资源环境普查显示，1 9 8 2 年天津市总耕地面积为4 6 4 2 万 h 2 ，其中污灌区1 4 9 3 万h m 2 ，约占全市总耕地面积1 3 ，污灌区面积较之前有 大幅度提高，其中2 3 的耕地为新辟污灌区。1 9 8 8 年全市污灌面积为1 0 9 8 万 第一章绪论 h m 2 比1 9 8 2 年的1 4 9 3 万h m 2 减少了3 9 5 万h m 2 ，污灌面积在快速扩大期之后 曾有缩小趋势【4 】。但至第二次中国污水灌溉普查报告发布数据，1 9 9 5 年天 津市总耕地面积为3 5 4 7 万h m 2 ，较1 9 8 2 年耕地面积减少1 0 9 5 万h m 2 ，但是其 中耕地污灌面积为2 3 4 万h m 2 ，增加8 4 7 万h m 2 ，占全市总耕地面积的2 3 ，污 水已成为农业生产的重要水源。2 0 0 3 年最新数据显示，天津污灌面积为9 万l n 2 ， 占全市灌溉面积的2 2 。从以上数据可看出，虽然每年天津污灌面积和总耕地 面积有所变化，但污灌耕地面积一直保持着相当高的比例。 天津市为保护母亲河海河，早于上世纪五十年代就开始了一系列的改 造工程。1 9 5 8 年通过海河口建闸工程，实现了海河河水“咸淡分家”，随后自1 9 5 9 年起先后开挖了南、北两条排污河，实现了“清浊分流”，天津至此初步形成了“污 水不入河、咸水不上溯、好水不流失、污水被利用”的水源利用新格局。 目前，经天津向渤海排污的河流主要有三条，即南排污河、北排污河和北 京排污河。南排污河又叫大沽排污河，是天津市两大主干排污河之一，于1 9 5 9 年在海河南部开挖的排污河道，曾经为天津城市排污立下过汗马功劳。它的起 始点在市区的咸阳路，终点为塘沽入海口，全长8 3k m ，1 9 8 4 年系统内的污水 由纪庄子、卫津南路和李七庄3 座泵站提升后进入纪庄子污水处理厂，处理后 的污水进入南排污河后入渤海。南排污河流主要流经西青、津南等地，其中最 长的污灌历史达5 0 年，最短3 1 年，一般都有4 0 年的历史。 北排污河是1 9 5 8 年天津市治理海河时，为排泄市区污水和农田咸水，于1 9 5 9 年在海河北部开挖的排污河道。它位于天津市东北部，西至赵沽里泵站，流经 东丽区，东至永和闸汇入永定新河并最终注入渤海，全长为3 2 9 9 k m ，其中最长 的污灌历史达4 9 年，最短3 3 年，一般都有4 0 年的历史。 北京排污河是常年性流有污水的排污河道，接纳北京市的污水，于武清旧 县城北入凤河，而后于杨村南入永定河，经天津市海河下注，对天津市水源污 染严重。1 9 7 2 年，在“根治海河”工程中，对北京排污河进行改道治理。改道后 的北京排污河起白北京市通县西部的黄阀闸，于天津市武清县境西北入龙凤新 河，过宝坻区尔王庄乡，在北郊区杨建庄入永定新河，于北塘入海，全长9 2 公 里，其中最长的污灌历史达3 7 年，最短2 9 年，一般都有3 5 年的历史。 1 1 2 污灌对地表水及地下水的总体影晌情况 第一章绪论 ( 1 ) 南排污河。8 0 年代初期主要由三大出水e l 系统组成，即咸阳路泵站系 统、双林泵站系统和纪庄子泵站系统，沿河流域约有8 5 0 多个工厂，排放量为 1 5 8 亿吨，其中水质状况为p h 值为7 ，悬浮物为3 0 0 9 m g k g ，a s 为o 0 5 8m g l ， c r 为0 0 1 2m g l ，p b 为0 1 9 4m g l ，c d 为0 0 0 8m g l ，c u 为0 1 6 3m g l ，z n 为0 5 4 9m g l ，h g 为0 0 0 0 6 9m g l 。2 0 0 8 年设置水质监测断面6 个，所有监测 断面都存在不同程度超标现象，其中生化需氧量的年均值为8 4 6 m g l ，超标1 8 倍；氨氮的年均值为5 3 9 m g l ，超标1 2 倍；悬浮物的河流年均值为4 5 6 m g l ， 超标o 5 倍：化学需氧量的河流年均值为1 4 5 7 m g l ，超标0 5 倍。 ( 2 ) 北排污河。8 0 年代初期由两大出水口系统组成，即赵沽里泵站系统和 张贵庄泵站系统，沿河流域大约有5 7 6 个工厂，年排水量约1 4 1 亿吨。9 0 年 代对北排污河1 5 个不同河段进行了调查，全矿化度有5 3 3 3 的样品超过农用 水质标准，h g 有3 3 3 超标，c o d 超标率3 3 3 ，其它元素均为超标。其中 p h 为8 3 6 ， a s 为0 0 0 9 5m g l ，p b 为0 0 2m g l ，c d 为0 0 0 0 2 2 5m g l ，c u 为 0 0 0 5 9m g l ，z n 为0 0 3 5m g l ，h g 为0 0 0 0 7 9m g l 。 ( 3 ) 北塘排污河。2 0 0 8 年北塘排污河设置水质监测面8 个，分别为靖江桥、 兵营桥、东郊污水处理厂、汉高桥、贯庄、山岭子、排污河桥和永和闸，除东 郊污水处理厂外其余7 个断面均存在不同程度超标现象，其中氨氮的平均值为 3 6 9 m g l ，超标0 2 倍；生化需氧量的年平均值为3 8 3 m g l ，超标o 3 倍；悬浮 物的年均值为3 6 9 m g l ，超标0 2 倍。 ( 4 ) 对地下水水质的影响。天津市2 0 0 5 年地下水开采量为7 5 9 2 0 万m 3 a ， 其中浅层水开采量为2 4 4 5 6 万m 3 a ，深层开采量为4 6 2 3 0 万m 3 a 。对北京排污 河武清区附近的地下水作了全分析、p h 值测定和v o c 监测，结果为：n h 4 + 项 目共有3 件样品超标，其中有1 件样品超过类水质标准，2 件样品超过i i i 类水 质标准；m n 2 + 项目5 件水样全部超标，其中有4 件样品超过i i i 类水质标准，1 件 样品超过v 类水质标准；固形物项目5 件水样全部超标，其中有2 件样品超过 i i i 类水质标准，3 件样品超过v 类水质标准；5 件水样总硬度全部超过v 级标准； c n 项目有4 件样品超过i 级标准；六六六项目共有3 件水样超标，其中2 件超 过i 类水质标准，1 件样品超过i i 类水质标准；滴滴涕5 件样品全部超过i i 类水 质标准。 1 1 3 污灌对土壤的影响情况 第一章绪论 ( 1 ) 农田土壤。8 0 年代初期污灌区以大田作物为主，面积1 3 7 3 万h m 2 ， 占污灌面积的9 2 3 ，其它为水田和园田。8 0 年代初期调查显示，重金属在污 灌区中的含量因污灌年限、污灌类型以及所处灌溉系统位置而有差别，虽然天 津市污灌区土壤受重金属污染的面积较广，但污染程度较轻，南排污河耕层土 壤重金属含量为：h g 为0 1 2 3 7 m g k g ，c d 为0 2 4 7 ，p b 为2 8 1 7m g k g ，z n 为 13 2 9m g k g ，c u 为4 3 2 5m g k g ，a s 为1 1 2 2m g k g 。北排污河耕层重金属含量 为h g 为o 1 5 2 9 m g k g ，c d 为0 3 5 5 ，p b 为3 3 2m g k g ，z n 为8 8 7 5m g k g ，c u 为5 1 0 2 5 m g k g ，a s 为9 1 2 5m g k g ；9 0 年代调查中c d 超标最为严重，最大值 为1 9 5 m g k g ；h g 、p b 、a s 污染较轻。 ( 2 ) 菜田土壤。8 0 年代初期南排污河采用污泥与农家肥混用，菜田土含汞 比大田土高7 6 倍，镉高0 2 倍，p b 含量相同；北排污河施污泥达万斤以上，土 壤重金属有较高的积累，汞比大田土含量高3 倍，比天津地区土壤中汞背景值 ( 0 0 8 m g k g ) 高1 6 2 倍，镉比大田土高5 6 倍，z n 的含量也明显增高。9 0 年代 对北排污河3 9 个样点进行分析，c d 在菜田土壤中污染最为严重，范围也最广， 最高污染指数为1 9 4 ，大大超过了1 1 1 1 严重污染的标准；其次是h g ；而p b 、 a s 两种元素污染很轻。北京排污河耕层土壤重金属，镉、汞、a s 、铬和p b 含 量均高，其中a s 含量为1 2 8 3 m g k g ，h g 为0 0 4 4m g k g 、c d 为0 0 1 6m g k g 、 p b l6 5m g k g t 5 1 。 ( 3 ) 张枝焕等人于2 0 0 4 年发表的天津地区典型土壤剖面多环芳烃的垂 向分布特征表明天津地区不同环境功能区表层土中均检出萘、苊、苊烯、联 苯、菲、惹烯、芴、二苯并呋喃、二苯并噻吩、荧葸、芘、屈、苯并芴、苯并 蒽、苯并荧蒽、苯并芘、二苯并 a ，h 蒽、茚并 1 ，2 ，3 c d 芘、苯并 g ，h ，i 等多环芳 烃化合物，但含量差别显著，南、北排污河污灌区中多环芳烃含量明显高于非 污染区及北部山区。与非污灌耕地及北部山地相比，污灌区耕地和滨海盐土耕 地四环以上芳烃相对含量明显较高，而烷基取代物含量明显较低，不同剖面表 层土中多环芳烃的组成特征也存在明显差别 6 。王祖伟等人在天津污灌区土壤 重金属污染环境质量与环境效应中对南、北排污河污灌区3 1 个水田表层土壤 样品和2 9 个菜田土壤样品进行监测分析，包括括c u 、p b 、z n 、c r 、c d 、a s 、 h g 等。调查发现污灌区水田和菜田表层土壤中重金属元素含量的分布特征基本 4 第一章绪论 一致，土壤中主要污染物为c d 、h g ，其他元素基本上处于轻度污染水平。利用 综合污染指数评价，土壤重金属的综合污染程度属于中重度污染水平【1 1 。 1 1 4 污灌对农产品品质的影响情况 常年的污灌对天津污灌区包括大田作物和蔬菜在内的农产品品质也产生了 深远的影响。大田作物，8 0 年代初期天津市污灌区粮食受c d 的污染面积最广， 但程度轻，其中以小麦含量最高，达0 1 7 6 m g k g ，但均未超过食品卫生标准； h g 的污染范围小，其中水稻最高含h g 量为0 2 5 7 m g k g ，超过食品卫生标准的 十一倍；广大灌区受到c u 的轻微污染；调查中没有z n 污染；p b 污染最高为 3 3 5 m g k g 。9 0 年代农产品中污染最重的元素为h g 、p b ，其中p b 污染率达9 4 - 3 ，h g 污染率达3 7 11 ，最大值分别为1 0 8 5 m g k g ，o 0 2 4 m g k g ，c d 虽然没 有超标，但污染率为8 0 0 1 。 8 0 年代初期，蔬菜中速生叶菜类受污染程度高于果菜类，c d 污染最为严重； h g 差别不明显；p b 、a s 、c u 和z n 含量部分略高。9 0 年代调查结果表明h g 污 染最为严重，超标率为7 7 ，最高值为0 0 9 6 1m g k g ：其次是c d ，超标率为4 6 ，最高值为o 1 5 5 4m g k g ；1 1 5 1 8 m g k g ；p b 和a s 污染较轻。 从以上的叙述可以看出，从8 0 年代起我国针对污灌区污染状况有过不少调 查研究，在天津污灌区也有大量报道。但存在以下不足：1 ) 总体上调查集中在 重金属污染物，而有机污染物的调查研究报道较少；2 ) 调查也通常集中在某区 域，缺乏整个天津污灌区调查研究的系统性和全面性；3 ) 调查多涉及土壤，少 有植物和水体包括地下水情况的研究。因此，深入开展天津污灌区水体、土壤 及农作物中污染物尤其是典型有机污染物的调研，总结分析污灌的影响显得十 分必要。 第二节研究内容、目的和意义 1 2 1 研究目的和意义 天津地区是我国重要的工业地区，随着工业和乡镇企业的快速发展，三废 的排放量逐年增加。这些污染物质有一部分最终进入土壤，其中包括大量的有 第一章绪论 机污染物质多环芳烃( p a h s ) 。p a h s 主要包括萘、苊、苊烯、联苯、菲、惹烯、 芴、二苯并呋喃( 氧芴) 、二苯并噻吩( 硫芴) 、荧葸、芘、苯并芴、苯并蒽、苯并 荧蒽、苯并芘、二苯并 讪 蒽、茚并 1 ，2 ，3 c d 芘、苯并 g ，h ，i 等，是一类广泛地 存在于环境中的持久性有机污染物。自然环境中的p a h s 能通过呼吸道、消化道 和皮肤等被人体吸收。实验表明多种p a h s 具有致畸、致癌和致突变性，能损伤 生殖系统，导致肺癌等，会对生态系统产生不良影响【7 1 。因此土壤中的p a h s 对 人体健康具有潜在的危害，是最早发现且数量最多的致癌物质 8 1 1 1 。目前已被多 数研究证实存在于城市污水和污灌区土壤q b 1 2 - 1 8 1 。 邻苯二甲酸酯类( p a e s ) ，又称酞酸酯，属于环境激素类物质，主要用作增塑 剂，以增大塑料的可塑性和强度。近年来，随着工业生产和塑料制品的使用，p a e s 不断进入环境，普遍存在于土壤、底泥、生物等环境样品中，其毒性除了己知 的致畸、致癌和致突变性外，研究表明其作为环境激素将影响人体内分泌，产 生慢性危害【1 蛇3 1 。由于大量使用p a e s 对生态环境造成了污染，国内外已将此类 化合物列为优先控制污染物。其中，美国e p a 优先监测污染物名单中p a e s 物质 中有6 种被，分别是：邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二丁 酯、邻苯二甲酸二( 2 一乙基) 己基酯、邻苯二甲酸二辛酯、丁基苄基酯。我国优 先控制污染物黑名单中包括3 种p a e s 物质，分别邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲 酸二丁酯和邻苯二甲酸二辛酯列入。 苯系物b t e x ( b t e x ) 也是环境中常见的有机物，它所包含的几种化合物 对人体和水生生物均有不同程度的危害，是我国环境监测和作业场所优先控制 的污染物【2 4 1 。b t e x 的工业污染源主要为石油、化工、炼焦生产所排放的废水， 同时，b t e x 作为重要溶剂和生产原料而广泛应用，在油漆、医药等行业废水中 含量也较高 2 5 1 。b t e x 对人体和生物均有不同的毒性，能够破坏人的中枢神经系 统和造血组织，可能引起白血病，危害极大，且是毒性很强的致癌物【2 6 】【2 ”。因 此，对水中挥发性b t e x 的有效监测越来越受到人们的重视。 硝基苯类化合物广泛用于医药、农药、炸药、纺织等工业领域，是一类重要 的苯类化合物，其结构稳定，种类多且复杂，难以降解【2 8 】。硝基苯类化合物被 列为我国环境优先污染物“黑名单”【2 7 】，也被列入美国饮用水中检出的有机污染 物及e p a 制订的“优先污染物”之一【2 9 】。硝基苯类化合物具有高毒性【3 0 】，可以通 过呼吸道及皮肤侵入人体后，致使人体引起抽搐、嘴唇和指甲发蓝，或皮肤发蓝、 第一章绪论 腹痛、腹泻、头痛、轻度头昏、气促及肢体发冷、神经系统症状，以及贫血和肝 肠疾患，严重时会对人产生致突或致癌【3 1 。 综上所述，本课题借鉴美国e p a 优先控制污染物名单和我国优先控制污染 物名单及有机物的特点 3 2 3 4 ，选取了p a h s 、p a e s 、b t e x 、硝基苯类化合物这 四大类典型有机污染物( p o p s ) 作为监测对象，对天津污灌溉区进行采样调查，通 过分析以上筛选出的四大类典型有机污染物( p o p s ) 在污灌溉区水体，土壤剖面中 及农作物中的含量和浓度水平，了解该地区污灌区中污染物的主要类型和分布 特征。 污灌区是由水土壤农作物组成的生态系统，是一个复杂的区域污染环境系 统【35 1 。对该系统中的污染物进行研究，一方面能够了解由于污水灌溉带来的污 染物在环境中的累积、迁移和归趋；另一方面能评估污水灌溉对农作物、土壤 环境和地下水安全的潜在危害，达到既能保障农产品品质安全又能合理利用水 肥资源，保持农业生态平衡和促进农业可持续发展等综合目的【3 6 - 3 8 】。 1 2 2 研究内容 本课题的主要研究内容包含以下几个方面： ( 1 ) 全面开展天津污灌溉区水体、土壤及农作物调查采样； ( 2 ) 测定污灌区水体、土壤及农作物中四类典型有机污染物的含量水平； ( 3 ) 分析四类典型有机污染物在天津污灌区水体、土壤剖面及农作物中的 污染物的污染特征：主要类型、分布特征和规律。 ( 4 ) 评估污灌对土壤环境、农作物和地下水安全的潜在危害，为科学指导 该地区污水农业利用以及农业土壤污染的防治提供科学依据。 第二章实验材料与方法 第二章实验材料与方法 第一节监测计划设计和采样点设置 2 1 1 监测计划设计 全年共采样4 次，分别为3 月、6 月、8 月、1 0 月，其中3 月份为预采样。 历时8 个月，此时期水样易获得，可以避开北方冬天结冰等不良天气条件，且 农作物种类丰富，蔬菜样品得以采集。另外，也是北方主要农作物小麦和玉米 收获的季节。 样品种类包括地表水、地下水水样、常规土及剖面层土壤土样、农作物三 大类。要求地下水为浅井水，农作物等取其可供食用部分( 蔬菜、粮食) 。三次 采样样点用g p s 定位，为比较监测结果，做到前后采样在同一个地点。 2 1 2 采样点设置 天津的污灌区主要有三个，南排污河灌区、北京排污河灌区和北塘排污河 灌区。综合考虑排污河不同流域( 上游、中游和下游，及其支流) 、不同水质、 与排污河距离远近、作物类型和种植面积差异等因素，在三大污灌区共设置2 0 个采样点，在每个采样点采集可获得的水样、水样和农作物样品。经过三次采 样，共获得1 6 0 个样品，包括水样4 6 个、土壤样品9 2 个、农作物样品2 2 个。 ( 1 ) 南排污河灌区。南排污河灌区地跨天津市西青、津南两个区。两区总 面积9 6 8 平方公里，总耕地面积4 7 6 万亩。南排污河主要是指大沽排污河，全 长6 0 公里，主要接纳市区南开、和平、河西及部分红桥区工业废水和生活污水， 以工业废水为主【4 j 。 在此污灌区共设置了9 个采样点如图2 1 和图2 2 所示，分别是： 1 程村；2 傅村；3 小孙庄；4 后桑园；5 西嘴村；6 梨园头；7 青凝侯；8 巨葛庄；9 一老君堂。其中上游的4 后桑园是清洁对照点，8 巨葛庄是大沽排污 河的最下游，以下再无农田。 第二章实验材料与方法 图2 1 天津排污河灌区采样点分布 9 第二章实验材料与方法 图2 2 南排污河灌区采样点分布 ( 2 ) 北京排污河灌区。北京排污河灌区总面积4 6 0 8 平方公里，总耕地3 4 6 8 3 万亩。北京排污河全长9 3 公里，主要接纳的是北京的工业污水和生活污水。途 经天津北部的武清县、宝坻县、北辰区和宁河到4 1 。 l 坊r 1 3 图2 3 北京排污河灌区采样点分布 在此污灌区共设置了9 个采样点如图2 1 和图2 3 所示，包括： 上游4 个采样点：1 0 里老；1 1 孝力村；1 2 郑庄；1 3 三间房； 中游3 个采样点：1 4 杨店桥； 1 5 南陈庄；1 6 大刘庄； 下游2 个采样点：1 7 - j 、高口；1 8 一杜庄村。 1 0 第二章实验材料与方法 ( 3 ) 北排污河灌区( 东丽排污河灌区) 。该污灌区总面积4 6 9 平方公里， 总耕地2 1 5 万斟4 1 。北排污河全长3 4 公里，从城东城北流过，最终排入渤海湾。 途经东丽区，在此污灌区共设置了2 个采样点如图2 1 和2 4 所示：1 9 山岭子桥 2 0 范庄子。 图2 4 北排污河灌区采样点分布 第二节样品采集与分析测试 2 2 1 样品采集与保存 样品来自于天津三大污灌区的河水、地下水、土壤以及农作物。采样时间 为2 0 1 1 年3 月份、6 月、8 月份、1 0 月份，采集每个样品时均采用g p r s 定位， 记录其经纬度并对样点及周边环境拍照。在每个样点采集瞬时水样，装满1 0 0 0 m l 挥发性有机物专用棕色样品瓶后，加入盐酸抑制微生物。土壤样品分两类， 常规土和剖面层土壤。常规土取自距地面0 2 0 c m 的表层土，剖面层土壤需要从 地面向下挖掘得到一段垂直切面，深度为l m ，通过观察土壤形态、质地、结构 及颜色判断分层，记录每层距离地面的深度范围，然后取土样。挖掘时有地下 水渗出的，同时采集地下水样品。每个常规土和剖面层土样均采集1 0 0g 左右。 植物样品一般取其可食用部分。所有样品采集后先放入冰箱( 4 。c ) 中保存，原 则上在7 d 内前处理分析完毕。 第