PFOS在水環(huán)境中的濃度分布研究

張盼盼 李洪枚 徐 毅 楊 梅 趙長偉

（首都經(jīng)濟貿(mào)易大學安全與環(huán)境工程學院，北京 100070）

全氟化合物（Perfluorinated Compounds，PFCs）以其優(yōu)良的表面活性、耐熱性、耐酸堿腐蝕性、疏水疏油性等，被廣泛用于表面活性劑、潤滑劑、涂料、皮革、包裝、泡沫滅火劑等各個領域［1］。PFCs作為商品批量化的生產(chǎn)和使用已有超過半個世紀的歷史，從1970年到2003年，全球PFCs的生產(chǎn)量就約有 100 000t［2］；其中應用最廣泛、最具代表性的包括全氟羧酸類中的全氟辛酸（PFOA）和全氟磺酸類中的全氟辛烷磺酸（PFOS）（圖1）。PFOS作為一種重要的全氟化表面活性劑，是其他許多全氟化合物的重要前驅體，到目前為止，已有上百種系列產(chǎn)品被生產(chǎn)、開發(fā)和應用，這些產(chǎn)品的大量使用使得PFOS以各種途徑進入到全球范圍內(nèi)的各種環(huán)境介質中［3］，并通過食物鏈的傳遞放大?，F(xiàn)如今，全世界范圍內(nèi)被調查的各種水體和動植物以及人體內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了PFOS的污染蹤跡，2009年5月聯(lián)合國環(huán)境署將PFOS正式列入“關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約”POPs黑名單中［4］。

圖1 PFOS的分子結構

PFOS分子中含有親水的磺酸基團，且通常以陰離子的形式存在，在水中的溶解度（570mg/L）較高，因此很容易造成地下水、地表水甚至飲用水等各大水體污染，國內(nèi)外已有大量文獻進行相關報道［5-9］。目前，歐美、日本以及我國在內(nèi)的許多國家和地區(qū)已經(jīng)開展了污水處理廠、河流和飲用水中全氟化合物的調查工作，這有助于我們了解目前PFOS在環(huán)境中的污染現(xiàn)狀，為降低環(huán)境風險提供基礎數(shù)據(jù)。

1 國外污染現(xiàn)狀

1.1 污水處理廠

Becker等［10］在德國巴伐利亞州不同城市污水處理廠附近的水域中都不同程度的檢測到了PFOS的存在，而且處理廠排出的廢水中PFOS的含量比流入處理廠的含量高3陪左右。Shivakoti等［11］檢測到日本和泰國13家污水處理廠中都含有PFCs，濃度范圍分別為13.2～2 889.1ng/L（日本）和54.2～4 222.6ng/L（泰國），其中日本污水處理廠中PFOS所占比例高于泰國（日本最高88%，泰國75.5%）。以上研究結果表明，污水處理廠是環(huán)境中PFOS的主要來源。

1.2 河流、湖泊及海岸帶

目前國外對河流、湖泊及海岸帶中PFOS的研究報道比較多，主要集中在北美、歐洲以及日本等地區(qū)。Natasha等［12］對美國弗吉尼亞州查爾斯頓海港附近36個地點隨機采樣檢測，發(fā)現(xiàn)海水中PFOS的濃度范圍介于0.09～7.37ng/g之間。Boulanger等［13］研究發(fā)現(xiàn)安大略和伊利湖中PFOS的濃度為21～70ng/L。Nobuyoshi等［14］對大西洋和太平洋沿海水域海水進行取樣，得出了表1中的數(shù)據(jù)，其中東京灣中PFOS含量最高，最高濃度達到57 700pg/L。Saito等［5］調查了日本142個地表水樣，檢測發(fā)現(xiàn)這142個地表水中PFOS濃度差別較大，最低濃度為0.3ng/L，最高可達157ng/L。Quinete等［6］檢測德國萊茵河水樣發(fā)現(xiàn)，萊茵河水中PFOS的基本濃度介于0.4～7.5ng/L之間。

表1 太平洋和大西洋海水及沿海水域中PFOS的檢出濃度（pg/L）

1.3 飲用水

Shahid等［7］對歐洲6個國家自來水進行調查，發(fā)現(xiàn)瑞典飲用水中PFOS濃度最高，為8.81ng/L，荷蘭濃度最低，為0.397ng/L。Takagi等［15］對日本大阪14家飲用水處理廠進行檢測，調查發(fā)現(xiàn)，14家處理廠飲用水中PFOS的濃度范圍在0.16～22ng/L之間。Kunacheva等［16］研究發(fā)現(xiàn)泰國自來水中PFOS的平均濃度為0.17ng/L左右，而且瓶裝水中PFOS的濃度要高于自來水中的濃度，這說明在瓶裝水生產(chǎn)過程中不可避免地會使用到PFOS類產(chǎn)品。

2 國內(nèi)污染現(xiàn)狀

我國是一個人口大國，加之現(xiàn)在正處于現(xiàn)代化工業(yè)經(jīng)濟快速發(fā)展的階段，因此，在生產(chǎn)生活過程中，以PFOS為主的全氟表面活性劑以其優(yōu)良的性能，被廣泛的應用于各行各業(yè)。盡管許多國家已經(jīng)開始禁止使用PFOS等全氟化合物，但是到目前為止，我國仍沒有相關的規(guī)定和政策。我國從2003年開始大規(guī)模生產(chǎn)PFOS；2005年起，由于發(fā)達國家PFOS的生產(chǎn)受到限制，導致我國PFOS的年出口量迅速增長；到2006年為止，我國15家PFOS生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的PFOS總量超過200t［17］。PFOS類化合物大規(guī)模的生產(chǎn)和使用，已經(jīng)成為危害我國生態(tài)環(huán)境尤其是水環(huán)境的重大隱患，因此在我國開展PFOS的調查工作尤為重要。

2.1 污水處理廠

我國針對污水處理廠的研究較少，Chen等［18］對上海、廣州和大連三個沿海城市里的12座污水處理廠進行了調查，分別分析了其進出水、底泥以及大連灣海水樣本中PFOS的含量。檢測發(fā)現(xiàn)PFOS進出水濃度范圍分別為1.8～176.0ng/L 和 1.1～74.8ng/L，底泥中 PFOS濃度介于0.5～19.8ng/g之間，大連污水處理廠附近沿海水域PFOS濃度在0.1～0.2ng/L之間，這比大連污水處理廠里檢測到的PFOS濃度低27倍。

2.2 河流及內(nèi)陸湖泊

國內(nèi)幾大河流中調查較多的主要是長江、黃河和珠江三大河流，內(nèi)陸湖泊主要集中在太湖、巢湖兩大湖泊。Pan等［8］對長江口南北岸以及海港北部進行取樣，檢測了水樣和底泥里PFOS的含量，在所有檢測的水樣中PFOS最低濃度為36.3±10.06ng/L，最高濃度為703.3±43.33ng/L；河底淤泥中PFOS的最低濃度為72.9±10.28ng/g，最高濃度為536.7±29.78ng/g。Wang等［19］調查了黃河入?？?5個區(qū)域河水與河底淤泥里PFOS的濃度，結果顯示水樣和河底淤泥中PFOS的平均濃度分別為157.5ng/L和198.8ng/g，濃度范圍分別為 82.30～261.8ng/L 和 75.48～457.0ng/g，并且PFOS的濃度隨海水鹽度的升高而升高。Zhang等［20］對珠江支流19個采樣點（珠江干流10個，東江支流6個，沙灣水道3個）進行采樣，檢測了13種全氟烷酸（PFFAs）的含量，檢測發(fā)現(xiàn)PFAAs的濃度東江支流（17-52ng/L）＞ 珠 江 干 流（13-26ng/L）＞ 沙 灣 水 道（3.0-4.5ng/L），其中PFOS、PFOA和PFAAs是三種主要的污染物分別占19%、20%和24%。

Chen等［21］對太湖取樣檢測發(fā)現(xiàn)，湖水中全氟烴基類物質的濃度范圍為17.2-94.4ng/L，其中PFOS和PFOA分別占16.8%和39.8%。張蓉等［22］對巢湖40個取樣點進行取樣發(fā)現(xiàn)，PFOS濃度范圍基本在8.4～106.0ng/L之間，有工業(yè)企業(yè)的湖域PFOS濃度可高達400ng/L。

2.3 飲用水

Jin等［9］調查了中國21個城市（共55個地區(qū)）的自來水，發(fā)現(xiàn)大連、鞍山、哈爾濱、武漢、西安、銀川、上海、烏魯木齊和阿圖什等地的自來水中PFOS的濃度均接近或低于背景值（＜1和＜0.3ng/L）；北京、石家莊、長春、沈陽和重慶的自來水中PFOS濃度要比背景值底；長沙和本溪處于中度污染水平；廣東和深圳PFOS的濃度較高（廣州10.3ng/L，深圳14.8ng/L）。劉俊玲等［23］對武漢市9個市政水廠進行取樣，調查發(fā)現(xiàn)PFOS的含量＜0.1ng/L，出水廠中PFOA的含量介于17.25-21.14ng/L。Mak等［24］對我國部分城市自來水中PFOS進行考察發(fā)現(xiàn)，所檢測的各大城市中PFOS的濃度從高到低依次為：深圳（11ng/L）＞上海（7.6ng/L）＞香港（7.0ng/L）＞澳門（6.2ng/L）＞臺北（5.4ng/L）＞沈陽（0.39ng/L）。

3 結論

我國對PFOS類全氟化合物的調查起步較晚，目前調查最多的是國內(nèi)幾大主要的河流、湖泊以及部分城市自來水中的污染狀況，并沒有針對全國范圍內(nèi)的系統(tǒng)性調查。就目前調查的情況來看，我國污水處理廠的污染狀況比美國等國家嚴重，但要比日本一些地區(qū)好得多；國內(nèi)幾大主要的河流湖泊（長江、黃河、太湖等）的污染狀況卻不容樂觀，與歐美和日本地區(qū)的某些河流湖相比濃度高很多；飲用水中，盡管某些內(nèi)陸城市飲用水中濃度較低，但是廣東、深圳檢測出來濃度也高于歐洲、日本等地，這可能和我國仍然大量生產(chǎn)和使用PFOS類產(chǎn)品有直接的關系。目前，國內(nèi)環(huán)境監(jiān)測體制尚不健全，還未建立關于污水處理廠的排放標準以及規(guī)定飲用水中的接觸限制。因此，為了改善環(huán)境質量，保障生活用水及水產(chǎn)品的安全性，建立完善的監(jiān)測機制迫在眉睫，與此同時，要盡快采取必要的防治措施以及尋找PFOS的替代品，從源頭上杜絕污染。

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