轻工业中多氯丁二烯和氯化苯的环境排放、传输及暴露风险

《Environmental Nanotechnology, Monitoring & Management》：Environmental emission, transport, and exposure risk of polychlorobutadienes and chlorinated benzenes from light industries

本研究分析了东中国某轻工业镇11种环境介质中多氯丁二烯（polyCBDs）和氯苯（CBs）的污染特征，发现染色、造纸和废料焚化是主要来源，道路尘埃浓度最高（polyCBDs: 2.46 ng/g；CBs: 7.11 ng/g）， HCBD在固体介质中广泛存在。健康风险评估表明，摄入是主要暴露途径，尤其对儿童风险更高，但总体风险低于阈值。

　　在现代工业快速发展的背景下，污染物的来源及其在不同环境介质中的迁移和转化成为环境科学研究的重要议题。本文围绕多氯丁二烯（polyCBDs）和氯苯类化合物（CBs）的污染特征，深入探讨了它们在轻工业区域中的分布规律、迁移路径以及对人体健康的潜在风险。这些化合物因其持久性、生物累积性、长距离迁移能力和高毒性，被列为《斯德哥尔摩公约》中的持久性有机污染物（POPs），对生态环境和人类健康构成严重威胁。研究通过采集多种环境介质样本，结合多种分析手段，揭示了轻工业区域中这些污染物的主要来源及其在环境中的行为特征，为环境管理和健康防护提供了重要的科学依据。

### 一、研究背景与意义

多氯丁二烯是一类由丁二烯骨架上取代不同数量氯原子形成的卤代有机污染物，共包含32种同系物。其中，六氯丁二烯（HCBD）因其高毒性、持久性和生物累积性，被列为POPs。研究表明，HCBD在自然环境中具有较强的稳定性，可能通过大气传输、水体沉积和土壤渗透等途径扩散到不同区域。此外，未完全卤化的多氯丁二烯，如四氯丁二烯（TeCBDs）和五氯丁二烯（PeCBDs），可能由HCBD经微生物降解生成，这些化合物的毒性也较为显著。

氯苯类化合物（CBs）则是一类广泛应用于工业生产中的有机污染物，包括二氯苯、三氯苯和四氯苯等多种形式。CBs因其广泛的用途和高市场需求，成为全球关注的环境问题之一。长期暴露于CBs可能导致多种系统的毒性效应，包括内分泌系统、生殖系统、神经系统、免疫系统和呼吸系统，甚至与肥胖等健康问题相关。在工业制造过程中，CBs可能作为副产物排放到环境中，造成区域性污染。由于轻工业区域的特殊性，例如其产业结构以非重工业为主，但同样可能产生大量污染物，因此，识别这些区域中polyCBDs和CBs的来源及其环境行为具有重要意义。

在过去的环境研究中，polyCBDs和CBs在多种环境介质中被频繁检测，包括大气、水体、土壤和生物体。然而，大多数研究集中在重工业区域，如金属冶炼、废物焚烧、燃煤发电、炼焦和水泥生产等，对轻工业区域的污染来源关注较少。尽管有部分研究指出，某些轻工业活动，如造纸和染料生产，可能是polyCBDs和CBs的潜在来源，但这些研究的样本量有限，缺乏系统性的分析。因此，本研究旨在填补这一知识空白，通过系统采集多种环境介质样本，分析polyCBDs和CBs的污染水平、分布特征及其在不同介质间的迁移规律，从而为轻工业区域的环境管理和健康防护提供理论依据。

### 二、研究方法与过程

本研究选取了中国东部的一个典型轻工业区域作为研究对象，该区域占地约150平方公里，拥有高度集中的轻工业生产链，如染料制造、造纸和废物焚烧等。为了全面了解polyCBDs和CBs的污染状况，研究者采集了包括路表土壤、河岸土壤、地下土壤、道路粉尘、陆地植物、水生植物、河床沉积物、河水、地下水和工业废水在内的11种环境介质样本，共计147份。所有样本均来自该区域内的工业工厂和污水处理厂（WWTP），并经过系统的采样和分析流程。

为了确保分析的准确性，研究采用了多种化学分析方法，包括固态样品的预处理和液液萃取等。通过使用气相色谱-三重四极杆质谱联用技术（GC-MS/MS），对polyCBDs和CBs进行了精确检测。此外，研究还采用了总有机碳（TOC）测定方法，以评估土壤和沉积物中有机物的含量及其对污染物吸附能力的影响。为了提高数据的可信度，研究者在每个分析批次中加入了空白样品，并通过标准偏差计算方法检测限（MDLs）。结果表明，MDLs在固态样品中为0.03–0.84 ng/g（干重），在水样中为0.13–2.71 ng/L。

在数据处理过程中，研究者使用了统计学方法，如Kolmogorov-Smirnov检验和Spearman相关性分析，以评估污染物浓度的分布特征和相互关系。此外，主成分分析（PCA）被用于识别污染物的主要来源。通过这些方法，研究者能够系统地分析polyCBDs和CBs在不同环境介质中的分布规律，并揭示其可能的迁移路径和环境行为。

### 三、研究结果与讨论

研究结果显示，在轻工业区域中，polyCBDs和CBs的浓度在多种环境介质中存在显著差异。其中，道路粉尘和造纸废水中的污染物浓度明显高于河水和地下水，分别达到22.8 ng/L和2203 ng/L，远高于河水中的0.09 ng/L和1.36 ng/L。这表明，道路粉尘和造纸废水可能是polyCBDs和CBs的主要污染源。此外，HCBD在固态介质中的平均浓度呈现出明显的空间分布特征，从路表土壤到深层土壤，其浓度逐渐增加，这可能与污染物的垂直迁移有关。

在水体中，HCBD和CBs的迁移路径表现出特定的规律。根据富集模型（fugacity model）分析，HCBD和CBs在水体向沉积物的迁移速率显著高于沉积物向水体的迁移速率，这表明沉积物可能是这些污染物的重要蓄积场所。同时，CBs在地下土壤中的分布呈现出多层渗透的特征，即污染物从浅层向深层逐渐迁移，形成了多个浓度峰值。这种现象可能与土壤结构、渗透性以及污染物的物理化学性质有关。

此外，研究者对polyCBDs和CBs的健康风险进行了评估。结果表明，尽管这些污染物在轻工业区域中的非致癌风险和致癌风险均处于较低水平，但摄入仍然是人类暴露的主要途径，尤其是对儿童而言。儿童的摄入风险显著高于成人，这可能与其更高的活动频率和与污染物接触的机会有关。因此，研究者建议加强对轻工业区域中polyCBDs和CBs的监测，并采取相应的预防措施，以减少对人群健康的潜在影响。

### 四、迁移与转化机制

为了进一步理解polyCBDs和CBs的环境行为，研究者采用了富集模型来分析它们在不同环境介质间的迁移模式。模型结果显示，HCBD和CBs在水体向沉积物的迁移速率远高于沉积物向水体的迁移速率，这表明沉积物是这些污染物的重要蓄积场所。此外，CBs的迁移模式受到其水溶性和疏水性的影响，低氯化CBs（如1,2-DiCB和1,3,5-DiCB）的迁移速率较高，而高氯化CBs（如PeCB、HCB和HCBD）的迁移速率较低，这可能与其较高的疏水性有关。

在土壤中，CBs的分布呈现出明显的垂直渗透特征，即污染物从表层土壤向深层土壤迁移，形成多个浓度峰值。这种现象可能与土壤的渗透性和污染物的物理化学性质有关。研究者认为，这种多层渗透模式可能是由于污染物在土壤中的缓慢释放和迁移，尤其是在含有较多有机质和细颗粒的土壤中，污染物更容易被吸附和固定，从而减缓其向下迁移的速度。

此外，研究还发现，CBs在植物中的富集能力与其水溶性密切相关。例如，二氯苯（DiCBs）在植物中的浓度较高，这可能与其较低的疏水性有关，使得它们更容易被植物吸收。然而，高氯化CBs在植物中的富集能力较弱，这可能与其较高的疏水性有关，导致它们难以通过植物根系吸收。

### 五、健康风险评估

健康风险评估是本研究的重要组成部分，研究者采用了美国环境保护署（USEPA）建立的人类暴露风险评估模型，以评估polyCBDs和CBs对人群的潜在影响。结果表明，尽管这些污染物在轻工业区域中的健康风险处于较低水平，但摄入仍然是主要的暴露途径。尤其是对儿童而言，其摄入风险显著高于成人，这可能与其更高的活动频率和与污染物接触的机会有关。

研究者进一步计算了危害商（HQ）和危害指数（HI），以评估非致癌风险。结果表明，HI值在轻工业区域的路表土壤和道路粉尘中均远低于阈值（HI ≤ 1），表明这些区域中polyCBDs和CBs的非致癌风险相对较低。然而，儿童的HI值显著高于成人，这提示需要特别关注儿童群体的健康风险。对于致癌风险，研究者计算了致癌风险（CR）和总致癌风险（TCR），结果表明，所有污染途径的TCR值均远低于USEPA建议的可忽略风险阈值（10^-6），表明polyCBDs和CBs的致癌风险相对较低。然而，HCB的致癌风险在所有化合物中最高，这可能与其较高的毒性有关。

### 六、结论与建议

本研究首次系统分析了轻工业区域中polyCBDs和CBs的多介质分布特征和迁移规律，揭示了染料、造纸和废物焚烧等工业活动可能是这些污染物的主要来源。此外，研究还发现，道路粉尘和土壤可能是追踪污染水平的重要介质，因为它们能够有效富集污染物并反映其空间分布特征。通过富集模型，研究者进一步明确了这些污染物在沉积物中的显著富集现象，可能对底栖生物构成威胁。

尽管研究结果显示，轻工业区域中polyCBDs和CBs的健康风险较低，但摄入仍是主要暴露途径，尤其是对儿童而言。因此，研究者建议加强对轻工业区域中这些污染物的监测，并制定相应的工业排放标准，以减少其对环境和人体健康的潜在影响。此外，研究还强调了需要完善环境监测体系，以更全面地评估新兴污染物的环境行为和健康风险，从而为环境管理和健康防护提供科学支持。

综上所述，本研究不仅填补了轻工业区域中polyCBDs和CBs污染特征的空白，还为相关污染物的环境行为和健康风险评估提供了新的视角。通过系统分析和多学科方法的结合，研究者为科学防控这些新兴污染物提供了理论基础和实践指导，具有重要的科学价值和现实意义。