河南某醫療廢物焚燒廠周邊土壤污染特征的研究

袁姍姍,蘇紅麗,張晶晶,許婷玉,孟優陽,張澍檀,杜玉杰

(河南省化工研究所有限責任公司,河南 鄭州 450052)

0 前言

二噁英(Dioxin)是一類非人為目的合成的持久性有機污染物(POPs),主要包括多氯代二苯并對二噁英(簡稱PCDDs)以及多氯代二苯并呋喃(簡稱PCDFs)兩大類氯代含氧三環芳烴類化合物[1]。二噁英在常溫下為無色晶體固體,主要以微小顆粒廣泛分布于大氣、土壤和水中,是一類非常穩定的親脂性固體化合物,很容易在生物體中富集,因其特殊的化學穩定性,很難被微生物或化學方法降解[2]。作為典型的具有“三致效應”(致癌、致畸和致突變)的毒性化合物受到研究者的廣泛關注。二噁英在自然環境中并不存在,但由于人類工業活動而使其無處不在。一般認為,有氯和金屬存在條件下的有機物燃燒均會產生二噁英[3]。

隨著醫療行業的發展,醫療廢物的產生量與日俱增。對我國醫療廢物的處理技術和處理能力提出了嚴峻挑戰。由于熱化學處理法具有快速減容、減量、減毒的能力,成為當前處置醫療廢物采用的主要方法。醫療廢物中聚氯乙烯(PVC)的相對密度大,在其焚燒過程會產生二噁英,其排放到大氣中通過沉降方式轉移到土壤,很難被降解,對環境和人類的健康帶來巨大的威脅。更有研究指出,醫療廢物焚燒過程中產生的PCDD/Fs是一般垃圾的數倍或數十倍[4-6]。鑒于此,本文以河南省某典型醫療廢物焚燒廠為研究對象,對其周邊土壤中的PCDD/Fs含量和分布特征進行研究,為科學評價醫療廢物焚燒廠周邊環境污染狀況及研究污染物的來源歸宿提供依據。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

1.1.1分析儀器

高分辨氣相色譜-高分辨質譜聯用儀(HRGC-HRMS)(TRACE 1310、Thermo Fisher),載氣流速為1.0 mL/min。色譜柱TR-DIOXIN-5MS(30 m×0.25 mm,0.1 μm)。色譜柱升溫程序:初始溫度為150 ℃,保持 3 min,然后以25 ℃/min的速率升至235 ℃,2.0 ℃/min升至275 ℃,最后2 ℃/min速率升至310 ℃,保持3 min。快速溶劑萃取儀(E-914、瑞士Buchi)。

1.1.2二噁英標準品

采樣內標EPA-1613 CSS (Wellington)、提取內標EPA-1613 LCS(Wellington)、進樣內標EPA-1613 ISS(Wellington),硅膠60(Merck KGaA)、活性炭(關東化學株式會社)、硅藻土 545(Sigma)、氧化鋁(Sigma)、氫氧化鈉(Aladdin),甲苯二氯甲烷、正己烷、丙酮均為農殘級。

1.2 樣品采集和前處理

1.2.1樣品采集

選取河南省具有代表醫療廢物處理廠,采集所在區域周邊表層土壤采樣點位共有3處,附近無其他明顯的二噁英排放源,其位置如表1所示。樣品采集參照我國標準方法《土壤和沉積物 二噁英類的測定同位素稀釋高分辨色譜-高分辨質譜法》(HJ77.4-2008)進行。使用金屬鏟具鏟去表層雜草和石塊,并在0～20 cm 深度范圍內采集土壤樣品,而后用錫箔紙包好,將其放入聚乙烯密封袋中帶回實驗室,并于-4 ℃下保存。

圖1 土壤采樣點位分布圖

表1 土壤采樣點位分布位置

1.2.2樣品前處理

樣品經自然陰干、研磨、過150 μm(100目)篩,準確稱取10 g樣品,加入一定量的硅藻土混勻,并加入一定量的提取內標13C;以甲苯為溶劑進行快速溶劑萃取,經旋轉蒸發儀濃縮后,依次通過酸/堿性混合硅膠柱、氧化鋁-弗羅里硅土柱凈化;用不同配比的正己烷和二氯甲烷溶劑淋洗和洗脫,收集含PCDD/Fs的洗脫液;洗脫液經旋轉蒸發濃縮后,用高純氮吹掃濃縮至20 μL,加入進樣內標低溫保存;最后進行HRGC/HRMS儀器分析。

2 結果與討論

2.1 土壤樣品中二噁英的含量

二噁英作為一類物質,通常以混合物的形式存在,且每種PCDD/Fs單體的毒性不同,本方法中用毒性當量(Toxic Equivalent Quantity,TEQ)濃度評價PCDD/Fs的毒性。樣品中PCDDs/Fs的質量濃度與其毒性當量因子(Toxic Equivalency Factor,TEF)的乘積之和即為樣品中PCDD/Fs的總毒性當量濃度,以I-TEQ計[7]。土壤樣品中各采樣點PCDD/Fs的毒性當量濃度如表2所示。

表2 土壤樣品中二噁英毒性當量濃度TEQ(ngTEQ/kg)

由表2可以看出,土壤樣品中PCDD/Fs含量為3.8～154 ngTEQ/kg,均值為59.6 ngTEQ/kg,超出GB36600-2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準》規定中第二類用地的篩選值。其中濃度最高的為距離煙囪最近的S2采樣點,高達154 ngTEQ/kg,其次是S3采樣點(21.1 ngTEQ/kg),最低的為距離煙囪較遠的S1采樣點(3.8 ngTEQ/kg)。總體上毒性單體貢獻最大的是2,3,4,7,8-PeCDF。

2.2 土壤樣品中 PCDD/Fs 濃度分布特征

不同點位土壤樣品PCDD/FS同系物質量濃度分布數據見表3。

表3 不同點位土壤樣品PCDD/FS同系物質量濃度分布數據

由表3可以看出,土壤樣品中17種PCDD/Fs單體中質量濃度最大的是1,2,3,4,6,7,8-HpCDF其次是OCDF和OCDD,這與文獻報道的醫療垃圾焚燒排放的PCDD/Fs同系物以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、OCDD和OCDF為主是一致的。

3 結論

研究結果表明,該醫療廢物焚燒廠周邊土壤樣品中二噁英毒性當量濃度為3.8～154 ngTEQ/kg,平均值為59.6 ngTEQ/kg,超出GB36600-2018《土壤環境質量建設用地土壤污染風險管控標準》規定中第二類用地的篩選值。周邊土壤中PCDFs對總TEQ濃度的貢獻率均高于PCDDs,且毒性單體貢獻最大的是 2,3,4,7,8-PeCDF,單體質量濃度最大的是1,2,3,4,6,7,8-HpCDF。可以看出,該地區總體污染水平較高,可能會對周邊生態環境安全和附近居民健康造成影響。因此,還需要對該區域土壤進行長期監測。同時,應分析二噁英污染源主要來源,改進工藝技術,研究醫療廢物處理廠二噁英污染控制的重點,以降低二噁英對周邊生態環境的安全和附近居民的影響。