典型有机污染物的皮肤吸收、气—水界面迁移及人工碎屑的介导效应

发布时间：2020-10-28 15:58

　　 物质在不同环境介质中的界面行为极大程度上决定着有机污染物的地球化学过程。为探讨大气污染物通过大气传递进而被皮肤吸收及其暴露方式对人体健康的潜在危害、有机污染物在近大气-水体界面处的迁移行为以及有机污染物在海湾地区“浓度热点”的分布模式与人工碎屑间的联系,本研究选择新疆乌鲁木齐市一烧烤排档采用气溶胶多级撞击采样器串联一气相捕集器分别采集分粒径颗粒物及气相样品,与此同时一并收集相关的烧烤食品,分析大气颗粒物(PM)的含量、烧烤烟气和烧烤食物中多环芳烃(PAHs)的浓度水平。同时,比较不同暴露方式(呼吸暴露、皮肤吸收和膳食摄入)所摄入PAHs的相对贡献及烧烤烟气对人体的潜在健康风险;此外,利用现有信息进一歩阐述有机污染物经人体皮肤吸收这一暴露途径,其中,根据文献报导值,初步对比电子垃圾拆解区居民经由皮肤吸收及呼吸作用自大气中所摄入四溴和五溴联苯醚(BDE-47和BDE-99)的相对贡献;并且,通过气-水界面被动采样装置,获取近气-水界面处疏水性有机物(多环芳烃和滴滴涕及其代谢产物(DDXs))的高分辨率浓度/逸度分布趋势;最后,考察人工碎屑对海湾沉积物中有机化合物(滴滴涕及其代谢产物、有机磷酸酯类(OPFRs)、有机锡化合物(OTs)和邻苯二甲酸酯类(PAEs))迁移与归趋的影响。研究发现,在烧烤排档的三处采样点(分别是距离炉边2 m、10 m及一对照区)中,PM10、PM2.5、苯并[a]芘(BaP)和总PAHs浓度高点皆出现在2 m处。其中,2 m处PM10、PM2.5和BaP浓度(900~5300μg m-3、700~4100μg m-3和7.2~8.8 ng m-3)皆超过中国的空气质量标准。而烧烤肉类食品中PAHs的BaP等效(BaPeq)平均值浓度(0.9±0.5 ng g-1)则皆低于欧盟地区对烟熏、烤肉类食品的相关标准(5 ng g-1)。应用国际辐射防护委员会(ICRP)的相关模型以评估颗粒态PAHs对人体呼吸系统的危害,其中,在人体肺部(气管/支氧管、细微支气管及气体交换的末稍肺泡区)所沉积的∑16PAH总量中超过90%是来自细颗粒(空气动力学直径小于1.8μm)的贡献。并且,当消费者在距离炉边2 m停留不多于1小时,则经非膳食暴露途径所摄入PAHs的BaP等效暴露量为3.0~77 ng d-1(其中,呼吸暴露为2.8~27 ng d-1,皮肤吸收为0.2~50 ng d-1),与烧烤肉量消费上限为50~150 g的BaP等效暴露量(22~220 ng d-1)相当。此外,不同消费人群若只通过非膳食暴露途径接触PAHs,其终生致癌风险估计值为3.1×10-10~1.4×10-4(95%置信区间:1.2×10-8~1.2×10-5),与美国环保局(US EPA)建议的可接受风险值(10-6~10-4)相当。结果表明,当暴露于室外烧烤烟气时,经由皮肤吸收气态PAHs其及潜在的健康风险,也须充分重视。与呼吸暴露相似,通过大气介导的皮肤暴露是不断地发生。然而,目前在电子垃圾拆解区居民暴露于特定污染物的健康风险评估中,皮肤通过大气-皮肤运移并吸收大气污染物,无论是颗粒态污染物还是气态污染物,这一途径却极少关注。经初步估算,在气温温暖期间,贵屿地区成人每日经皮肤吸收气态bde-47和bde-99,分别为0.65和0.61ngkg-1d-1,均超过经呼吸作用所摄入相对应颗粒态与气态的总和(分别是0.55和0.33ngkg-1d-1)。据此,对于具有较高皮肤渗透率的挥发性有机污染物以及低皮肤渗透率但在电子废弃物焚烧过程中可大量释放的化合物,其经由皮肤吸收这一暴露方式应引起相当的重视。本研究以低密度聚乙烯膜为吸附相,研制一气-水界面被动采样装置,可直接测定近大气-水界面处疏水性有机物的浓度/逸度分布趋势。室内试验表明,pahs自水体至大气的挥发趋势与其挥发半衰期一致。野外应用的测试中,该被动采样法(被动采样装置及独立式采样单元)的逸度分布曲线趋势与主动采样法(玻璃法及大体积采水)结果相一致。在两个采样点(海珠湖与海陵湾)中可检出pahs的逸度分布曲线为富集于近气-水界面;在海陵湾的p,p'-ddd则倾向自水体向大气扩散。此外,pahs的逸度分布趋势,表现出自大气或水体主体至界面递减并在近气-水界面处发生递增,反映疏水性有机物在近界面处的环境行为的复杂性。总体上,所研制的被动采样装置具有良好的可靠性和稳健性,这为探究疏水性有机物在大气-水体的环境迁移行为提供一良好的方法,有助于认识疏水性有机物的地球化学过程。早前的研究表明含有ddt的防污漆漆片可不均匀地分布于海湾地区。然而,防污漆漆片对于ddt类化合物或其他有机污染物在海湾地区的环境行为及归趋却尚未明确。对此,分析中国广东省一海湾渔业养殖区的表层沉积物、船体漆片及屋漆中ddt类化合物。结果显示,船舶修理厂周边沉积物中粗颗粒组分发现少量色彩鲜艳的颗粒物,其颗粒物经红外光谱分析证实为油漆碎片。同时,ddxs(ddts与其代谢产物)的最高浓度点出现在近船舶修理厂周边沉积物中粗颗粒(200~2000μm)重密度(1.7gcm-3)组分,显示漆片对海湾地区“热点”分布模式的有着重要地影响。此外,ddt类化合物自漆片及粗颗粒重密度组分的解吸过程是极其缓慢。并且,从船体漆片中检测出ddt高级代谢产物,同时相关的加标吸附实验,均证明船体表面漆层或漆片可以作为一吸附相,进而富集有机污染物。因此,分布不均匀的漆片可以极大程度地影响疏水性有机物在海湾地区的相关环境行为与归趋。最后,进行ddts的源解析时,利用粒径及密度相关浓度所得结果相对更为精确;同时也表明当漆片存在于环境基质时可极大程度地影响源分析的结果。为深入了解其他人工碎屑,除防污漆漆片,对其他疏水性有机物在海湾地区环境行为与归趋的潜在影响。对此,进一歩从海湾沉积物中分离出更多的人工碎屑,并分析其中的OPFRs、OTs、PAEs及DDTs浓度水平。结果发现,体积较大(200μm)的人工碎屑也是不均一地分布于表层沉积物中,并且主要在船舶修理厂周边、网箱养殖区或渔业活动区以及临近航道区域。此外,人工碎屑中OPFRs、OTs、PAEs及DDTs的浓度水平(中值分别为11、0.2、11和3.9μg g-1干重-1)是全沉积物浓度(中值分别是19、60、240和570 ng g-1干重-1)的1~3个数量级。同时,OPFRs、OTs及PAEs主要富集于沉积物的粗颗粒中(63~2000μm),并与沉积物颗粒粒径大小及其总有机碳含量并无显著性相关(p0.05)。另一方面,当人工碎屑(具有明显颜色的颗粒、薄膜与碎片)自粗颗粒(200~2000μm)中轻密度组分(1.7 g cm-3)移除后,其轻密度组分中的OPFRs、OTs、PAEs和DDTs浓度则有大幅度的下降(分别减少84%、59%、55和7%)。显然,海湾地区沉积物中人工碎屑的不均一性分布,可以改变沉积物中有机化合物的表观吸附能力,同时弱化有机质与沉积物颗粒大小对有机化合物在海湾地区分布的影响力。最后,沉积物样品的制备和筛选人工碎屑的操作过程中,研磨与干法过筛以及密度浮选法,可能会人为破坏沉积物的粒径分布及低估大量重密度的人工碎屑颗粒,以致错误评估沉积物中有毒有害物质对环境的潜在危害及其生态风险。
【学位单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：X51;X132
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    第一节 有机污染物在环境中的迁移转化
        一、有机污染物在环境中的物理过程
        二、有机污染物在环境中的化学过程
        三、有机污染物在环境中的生物过程
    第二节 有机污染物的环境界面行为与地球化学过程
        一、皮肤吸收
        二、大气-水界面
        三、人工碎屑与污染物的分布
    第三节 被动采样技术与定量方法
        一、被动采样技术的应用
        二、被动采样的定量依据
    第四节 研究内容与意义
        一、对象污染物及研究内容
        二、研究意义
第二章 人体皮肤吸收大气污染物：一个被忽略的暴露途径
    第一节 烧烤烟气：一个被忽略的室外的健康危害?
        一、前言
        二、实验与方法
        三、结果与讨论
    第二节 电子垃圾焚烧烟气中有机污染物经人体皮肤吸收是一重要暴露途径
        一、前言
        二、大气传递与皮肤吸收
        三、通过衣服介导的皮肤暴露
第三章 疏水性有机污染物在气-水界面的迁移过程
    第一节 前言
    第二节 实验与方法
        一、LDPE膜的预吸收PRCs物质
        二、采样装置的研制
        三、采样装置的室内检验
        四、采样装置的野外应用
        五、样品萃取
        六、仪器分析
        七、质量保证与质量控制（QA/QC）
        八、数据处理和分析
    第三节 结果与讨论
        一、采样装置防光解设计的有效性其及对采样微环境的人为扰动程度
        二、室内微体系的结果
        三、野外应用结果
        四、HOCs近界面处浓度对HOCs气-水扩散交换的重要性
    第四节 小结
第四章 人工碎屑介导有机污染物在海湾沉积物的迁移过程
    第一节 船体漆片对滴滴涕及其代谢物在海湾沉积物中分布的影响
        一、前言
        二、实验与方法
        三、结果与讨论
        四、小结
    第二节 人工碎屑介导有机化合物在海湾沉积物中的分布
        一、前言
        二、实验与方法
        三、结果与讨论
        四、小结
第五章 主要结论、创新之处、不足与展望
    第一节 主要结论
    第二节 创新之处
    第三节 不足与展望
参考文献
附录A
    文字A1 案例说明：由PE膜上的浓度估算目标化合物的逸度
    文字A2 水体微表层的采样过程及富集现象
作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果

【引证文献】

相关硕士学位论文 前2条

1 张倩倩;南京仙林地区食物和大气中有机氯农药污染特征及人群暴露风险研究[D];南京师范大学;2018年

2 肖婷;建筑街区重密度气态污染物通风稀释过程研究[D];湖南工业大学;2017年

本文编号：2860298