有機污染物在流域水環(huán)境中的轉(zhuǎn)遷系數(shù)

王永強　李忠河　閆先收　王煒亮

【摘 要】本文綜述了流域水環(huán)境中有機污染物的種類、來源，對流域水環(huán)境中有機污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)進行探討，包括擴散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)等，得出有機污染物的理化性質(zhì)、污染物間相互作用及外界環(huán)境條件等是影響其在水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷的主要因素，并針對流域水環(huán)境有機污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)研究進行展望。

【關鍵詞】流域；有機污染物；轉(zhuǎn)遷系數(shù)

流域水環(huán)境中有機污染物的種類多、來源廣、性質(zhì)復雜，對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有潛在威脅。本文探討有機污染物種類、來源，對國內(nèi)外部分典型有機污染物在流域水環(huán)境中遷移系數(shù)和轉(zhuǎn)化系數(shù)進行研究，主要包括擴散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)六個方面。

1 有機污染物的種類、來源

1.1 有機污染物的種類

流域水環(huán)境中有機污染物大致可分為兩類：一類是天然有機物也叫做傳統(tǒng)有機物，天然有機物中的有機腐殖質(zhì)根據(jù)其溶解性的不同可以分為三類：腐殖酸、胡敏素和富里酸，在一般情況下這類有機污染物在水體中會隨時間逐漸被分解和重新利用，只有經(jīng)過某些物理化學反應后，這類有機污染物才會轉(zhuǎn)化成為對人類有害的物質(zhì)。另一類是人工合成有機物，難于降解，容易殘留在環(huán)境中，同時具有生物富集性，其中多氯有機物和為取代有機氯農(nóng)藥而發(fā)展起來的新型有機磷農(nóng)藥是水體中的兩類重要有機污染物[1]。

1.2 有機污染物的來源

目前，流域水環(huán)境中有機污染物的來源非常廣泛，例如，由2012～2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)得出，南四湖流域流域主要污染源為農(nóng)業(yè)污染源、生活污染源、企業(yè)污染源、城鎮(zhèn)污水處理廠，其排放比例分別為44%、24%、17%和6%。

2 流域水環(huán)境有機污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)

國內(nèi)外現(xiàn)有的對有機污染物在流域水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷系數(shù)的理論及實驗計算方法較多，根據(jù)有機污染物自身物理性質(zhì)以及環(huán)境影響條件的不同等，有機污染物在流域水環(huán)境中轉(zhuǎn)遷系數(shù)有擴散系數(shù)、分配系數(shù)、揮發(fā)系數(shù)、綜合降解系數(shù)、光解系數(shù)和生物降解系數(shù)。

2.1 擴散系數(shù)

有機污染物在流域水環(huán)境中的擴散系數(shù)主要受河流湖泊的水利條件影響，有機污染物進入河流后會隨河流流動進行橫向、縱向和垂直方向的擴散，經(jīng)過擴散、稀釋進而濃度發(fā)生變化。張轉(zhuǎn)等[2]在河流二維穩(wěn)定水質(zhì)模型的基礎上建立了模糊線性回歸模型，利用污染物示蹤的方法，通過計算與實際案例驗證確定了某河流的橫向擴散系數(shù)D的取值區(qū)間為0.0098～0.0101m2/s以及河流流速V的取值區(qū)間為0.9945～1.0103m/s。

2.2 分配系數(shù)

有機污染物在河流中會被河流底部沉積物所吸附，而這種吸附作用并不是絕對的，當河流水利條件等發(fā)生變化時，部分有機污染物會從沉積物上解析出來，重新進入水體中。有機污染物在沉積物/水界面間存在著這種吸附解析的動態(tài)平衡，就存在著有機物在沉積物/水界面間的分配系數(shù)，因此分配系數(shù)會受到河流水利條件、有機污染物本身的性質(zhì)和其他污染物的影響。譚睿婕等[3]對典型內(nèi)分泌干擾物雙酚A在沉積物/界面間的分配進行了研究，得出雙酚A在沉積物/水界面間的分配系數(shù)范圍為0.0391～0.684L/kg，而且沉積物上雙酚A濃度與水體中雙酚A濃度呈正比。

2.3 揮發(fā)系數(shù)

有機污染物揮發(fā)過程發(fā)生在水/氣界面間，其揮發(fā)系數(shù)常用揮發(fā)數(shù)率常數(shù)表示，有機污染物的揮發(fā)過程會受到自身物理性質(zhì)、水體環(huán)境條件以及空氣流速等因素的影響。郭琳等[4]對水環(huán)境中有機污染物菲的揮發(fā)特性進行了實驗研究，通過不同轉(zhuǎn)速來模擬實際河流流動情況，將轉(zhuǎn)速由0r/min提高至150r/min，10h后菲的揮發(fā)去除率由19%升高到47.5%，菲的揮發(fā)去除率與溫度也呈正比，當溫度由19℃升高到35℃，10h后由揮發(fā)去除率由56.2%變?yōu)?2.2%，證明了河流紊動程度以及溫度都對有機污染物菲的揮發(fā)系數(shù)存在影響。

2.4 綜合降解系數(shù)

李晶瑩等[5]對沂沭泗流域的COD降解系數(shù)進行了研究，實驗期間流域內(nèi)降解條件良好，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理以及對流域斷面COD的實地測量，得出COD降解系數(shù)計算值依次為0.22d-1、0.22d-1、0.29d-1，實測值依次為0.23d-1、0.23d-1、0.28d-1，COD降解系數(shù)的計算值和實測值之前都存在著4%左右的誤差，其產(chǎn)生的原因主要是忽略了下游斷面污染物排放的不穩(wěn)定性。張麗亞等[6]對淮河流域洪河五溝營-塔橋鄉(xiāng)河段COD綜合降解系數(shù)進行了測算，得出該河段在豐水期、平水期、枯水期的COD綜合降解系數(shù)均值分別為0.0938d-1、0.0796d-1、0.0683d-1，可以看出不同的水期所測得的COD綜合降解系數(shù)存在差別：豐水期>平水期>枯水期。

2.5 光解系數(shù)

有機污染物的光解系數(shù)常用其光解速率常數(shù)表示，有機污染物在流域水環(huán)境中的光解作用是其遷移轉(zhuǎn)化過程中最為重要的過程之一，受光照強度、pH、溫度及和其他污染物質(zhì)相互作用的影響較大。崔飛飛等[7]測得了水中9種抗生素的光解速率常數(shù)在0.13×10-2～1.14min-1范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)不同的抗生素由于本身物理性質(zhì)的差異，光解速率常數(shù)差別很大，還研究了硝酸根、氯離子和溶解性有機質(zhì)對抗生素巴洛沙星光解速率常數(shù)的影響。

2.6 生物降解系數(shù)

生物降解系數(shù)受季節(jié)、溫度、生物種類以及水文水利狀況影響。馮帥等[8]對太湖流域有機污染物生物降解系數(shù)進行研究，利用一級反應動力學模型對高錳酸鹽指數(shù)與氨氮的生物降解系數(shù)和綜合降解系數(shù)進行計算，得出兩者生物降解系數(shù)分別為0.0083～0.1264d-1和0.0021～0.2138d-1，綜合降解系數(shù)為0.0216～0.1974d-1和0.0152～0.3123d-1，生物降解系數(shù)占綜合降解系數(shù)的比重均值分別為49.28%、57.29%，表明生物降解對于氨氮的降解作用強于高錳酸鉀指數(shù)。

3 結語

流域水環(huán)境受到不同種類與來源的有機物污染，有機污染物的排放及其在水體中的遷移轉(zhuǎn)化是影響水體污染程度的關鍵。有機污染物本身的理化性質(zhì)如辛醇-水分配比、揮發(fā)性、可光解性和可生物降解性等，流域水環(huán)境中的水文水利狀況、溫度、pH及光照強度等環(huán)境條件，污染物質(zhì)之間的相互作用以及季節(jié)的不同等，都對有機污染物在流域水環(huán)境中的轉(zhuǎn)遷有影響。

流域水環(huán)境有機污染物轉(zhuǎn)遷系數(shù)的研究尚待深入，有機污染物遷移過程和轉(zhuǎn)化過程往往同時發(fā)生，對于流域水環(huán)境中有機污染物的轉(zhuǎn)遷系數(shù)研究應從有機污染物的遷移和轉(zhuǎn)化兩方面展開，并對研究過程中的影響因素和情形考慮全面，模擬和實際驗證并重。

【參考文獻】

[1]王未，黃從建，張滿成，等.我國區(qū)域性水體農(nóng)藥污染現(xiàn)狀研究分析[J].環(huán)境保護科學，2013，39（5）：5-9.

[2]張轉(zhuǎn)，常安定，王媛英，等.基于正態(tài)模糊線性回歸確定河流橫向擴散系數(shù)[J].長江科學院院報，2015，32（8）：22-25.

[3]譚睿婕.渾河水系典型EDCs的分布特征及風險評價[D].首都經(jīng)濟貿(mào)易大學，2016.

[4]郭琳，席宏波，楊琦，等.菲的揮發(fā)特性及揮發(fā)模型研究[J].環(huán)境科學與技術，2013（s2）：15-21.

[5]李晶瑩，曹升樂，楊裕恒.沂沭泗流域降解系數(shù)及納污能力測算研究[J].水資源與水工程學報，2017，28（1）：26-31.

[責任編輯：張濤]endprint