河南某医疗废物焚烧厂周边土壤污染特征的研究

袁姗姗,苏红丽,张晶晶,许婷玉,孟优阳,张澍檀,杜玉杰

(河南省化工研究所有限责任公司,河南 郑州 450052)

0 前言

二噁英(Dioxin)是一类非人为目的合成的持久性有机污染物(POPs),主要包括多氯代二苯并对二噁英(简称PCDDs)以及多氯代二苯并呋喃(简称PCDFs)两大类氯代含氧三环芳烃类化合物[1]。二噁英在常温下为无色晶体固体,主要以微小颗粒广泛分布于大气、土壤和水中,是一类非常稳定的亲脂性固体化合物,很容易在生物体中富集,因其特殊的化学稳定性,很难被微生物或化学方法降解[2]。作为典型的具有“三致效应”(致癌、致畸和致突变)的毒性化合物受到研究者的广泛关注。二噁英在自然环境中并不存在,但由于人类工业活动而使其无处不在。一般认为,有氯和金属存在条件下的有机物燃烧均会产生二噁英[3]。

随着医疗行业的发展,医疗废物的产生量与日俱增。对我国医疗废物的处理技术和处理能力提出了严峻挑战。由于热化学处理法具有快速减容、减量、减毒的能力,成为当前处置医疗废物采用的主要方法。医疗废物中聚氯乙烯(PVC)的相对密度大,在其焚烧过程会产生二噁英,其排放到大气中通过沉降方式转移到土壤,很难被降解,对环境和人类的健康带来巨大的威胁。更有研究指出,医疗废物焚烧过程中产生的PCDD/Fs是一般垃圾的数倍或数十倍[4-6]。鉴于此,本文以河南省某典型医疗废物焚烧厂为研究对象,对其周边土壤中的PCDD/Fs含量和分布特征进行研究,为科学评价医疗废物焚烧厂周边环境污染状况及研究污染物的来源归宿提供依据。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

1.1.1分析仪器

高分辨气相色谱-高分辨质谱联用仪(HRGC-HRMS)(TRACE 1310、Thermo Fisher),载气流速为1.0 mL/min。色谱柱TR-DIOXIN-5MS(30 m×0.25 mm,0.1 μm)。色谱柱升温程序:初始温度为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。快速溶剂萃取仪(E-914、瑞士Buchi)。

1.1.2二噁英标准品

采样内标EPA-1613 CSS (Wellington)、提取内标EPA-1613 LCS(Wellington)、进样内标EPA-1613 ISS(Wellington),硅胶60(Merck KGaA)、活性炭(关东化学株式会社)、硅藻土 545(Sigma)、氧化铝(Sigma)、氢氧化钠(Aladdin),甲苯二氯甲烷、正己烷、丙酮均为农残级。

1.2 样品采集和前处理

1.2.1样品采集

选取河南省具有代表医疗废物处理厂,采集所在区域周边表层土壤采样点位共有3处,附近无其他明显的二噁英排放源,其位置如表1所示。样品采集参照我国标准方法《土壤和沉积物 二噁英类的测定同位素稀释高分辨色谱-高分辨质谱法》(HJ77.4-2008)进行。使用金属铲具铲去表层杂草和石块,并在0～20 cm 深度范围内采集土壤样品,而后用锡箔纸包好,将其放入聚乙烯密封袋中带回实验室,并于-4 ℃下保存。

图1 土壤采样点位分布图

表1 土壤采样点位分布位置

1.2.2样品前处理

样品经自然阴干、研磨、过150 μm(100目)筛,准确称取10 g样品,加入一定量的硅藻土混匀,并加入一定量的提取内标13C;以甲苯为溶剂进行快速溶剂萃取,经旋转蒸发仪浓缩后,依次通过酸/碱性混合硅胶柱、氧化铝-弗罗里硅土柱净化;用不同配比的正己烷和二氯甲烷溶剂淋洗和洗脱,收集含PCDD/Fs的洗脱液;洗脱液经旋转蒸发浓缩后,用高纯氮吹扫浓缩至20 μL,加入进样内标低温保存;最后进行HRGC/HRMS仪器分析。

2 结果与讨论

2.1 土壤样品中二噁英的含量

二噁英作为一类物质,通常以混合物的形式存在,且每种PCDD/Fs单体的毒性不同,本方法中用毒性当量(Toxic Equivalent Quantity,TEQ)浓度评价PCDD/Fs的毒性。样品中PCDDs/Fs的质量浓度与其毒性当量因子(Toxic Equivalency Factor,TEF)的乘积之和即为样品中PCDD/Fs的总毒性当量浓度,以I-TEQ计[7]。土壤样品中各采样点PCDD/Fs的毒性当量浓度如表2所示。

表2 土壤样品中二噁英毒性当量浓度TEQ(ngTEQ/kg)

由表2可以看出,土壤样品中PCDD/Fs含量为3.8～154 ngTEQ/kg,均值为59.6 ngTEQ/kg,超出GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》规定中第二类用地的筛选值。其中浓度最高的为距离烟囱最近的S2采样点,高达154 ngTEQ/kg,其次是S3采样点(21.1 ngTEQ/kg),最低的为距离烟囱较远的S1采样点(3.8 ngTEQ/kg)。总体上毒性单体贡献最大的是2,3,4,7,8-PeCDF。

2.2 土壤样品中 PCDD/Fs 浓度分布特征

不同点位土壤样品PCDD/FS同系物质量浓度分布数据见表3。

表3 不同点位土壤样品PCDD/FS同系物质量浓度分布数据

由表3可以看出,土壤样品中17种PCDD/Fs单体中质量浓度最大的是1,2,3,4,6,7,8-HpCDF其次是OCDF和OCDD,这与文献报道的医疗垃圾焚烧排放的PCDD/Fs同系物以1,2,3,4,6,7,8-HpCDF、OCDD和OCDF为主是一致的。

3 结论

研究结果表明,该医疗废物焚烧厂周边土壤样品中二噁英毒性当量浓度为3.8～154 ngTEQ/kg,平均值为59.6 ngTEQ/kg,超出GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》规定中第二类用地的筛选值。周边土壤中PCDFs对总TEQ浓度的贡献率均高于PCDDs,且毒性单体贡献最大的是 2,3,4,7,8-PeCDF,单体质量浓度最大的是1,2,3,4,6,7,8-HpCDF。可以看出,该地区总体污染水平较高,可能会对周边生态环境安全和附近居民健康造成影响。因此,还需要对该区域土壤进行长期监测。同时,应分析二噁英污染源主要来源,改进工艺技术,研究医疗废物处理厂二噁英污染控制的重点,以降低二噁英对周边生态环境的安全和附近居民的影响。