持久性有机污染物POPs及其环境修复技术与管理策略

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1、持久性有机污染物POPs及其环境修复技术与管理策略linshing持久性有机污染物POPs及其环境修复技术与管理策略摘要：持久性有机污染物（POPs）因其具有高毒性、高生物富集性和难以生物降解等特点而备受关注并成为当今环境科学领域研究的热点前沿。本文论述了POPs的种类、来源、传播扩散形式、危害。详细介绍了POPs的物理、化学和生物环境修复技术及相关管理策略。指出除了继续研究开发高新技术特别是应用基因工程技术，使生物修复技术的研究进入到分子水平外，加强多种修复技术耦合，形成高效、经济的联用技术是当前研究方向；强化POPs的环境管理，如POPs污染场地、POPs废弃物，加强过程监督，制定行之有效

2、的、适合我国国情的环境监管措施与法规，是当前我国面临的重要任务。关键词：持久性有机污染物POPs，环境修复，管理策略，环科前沿前言持久性有机污染物(persistent organic pollutants，POPs) 是一组具有高毒性、持久性、易于在生物体内聚集和长距离迁移和沉积、对源头附近或远处的环境和人体产生严重危害的天然的或人工的有机化合物1，具有分布浓度相对较低、生物降解困难、生物毒性较高和易于生物富集等物理化学物质2。POPs大都为某一系列物或者是某一族化学物，其来源主要包括3个方面：一是自然界本身存在的天然的POPs；二是由于人类的需要而不断生产POPs，并施用于土壤、作物或其他

3、环境中；三是通过金属冶炼、垃圾焚烧以及五氯苯酚和多氯联苯的生产过程，将POPs带入环境中2。符合持久性有机污染物定义的POPs物质有数千种之多, 它们通常是具有某些特殊化学结构的同系物或异构体。2001年5月，瑞典斯德哥尔摩公约首批禁用了12 种持久性有机污染物：艾氏剂（aldrin）、氯丹（chlordans）、滴滴涕（DDT）、狄氏剂（dieldrin）、二噁英（dioxins）、异狄氏剂（endrin）、呋喃（Furans）、七氯（heptachlor）、六氯（代）苯（hexachlorobenzene）、灭蚁灵（mirex）、多氯联苯（CBs）和毒杀芬（toxaphene）。2009年

4、5月和2011年4月公约新增六六六、林丹、六溴联苯醚和七溴联苯醚、四溴联苯醚和五溴联苯醚、六溴联苯、开蓬（十氯酮）、五氯苯以及PFOS 类（全氟辛烷磺酸、全氟辛烷磺酸盐和全氟辛基磺酰氟）九种物质和农药硫丹为禁用物质，到目前为止，公约受控物质共22种3-5。可以按性质分为有机氯农药（OCPs），多环芳烃（PAHs），多氯联苯（PCBs）等三类，或按分来源为一般杀虫剂、工业化学药品及工业过程和固体废弃物燃烧过程中产生的副产物等三类6。POPs传播扩散形式：一是在大气中，POPs或者以气体的形式，或者吸附在悬浮颗粒物上，发生扩散和迁移，导致POPs的全球性污染；二是水体/沉积物中迁移转化；三是土壤中

5、流转、聚积；四是生物中如蛋、乳制品及植物油等脂类农产品及植物根叶的吸收蓄积；五是在动物和人体中生物富集。主要的归趋机制有全球蒸馏（Global distillation）、蚱蜢效应（Grasshopper effect）及其它机制7。近年来举世关注的全球气候变化也对POPs的环境行为和归趋机制也有多方面影响，表现在改变其溶解性及对其在环境中的消逝（包括稀释与降解）产生影响8。1 持久性有机污染物POPs特性及危害1.1 POPs特性持久性：POPs的化学性质非常稳定，其构成分子的化学键一般是强极性键且键能很大，它们一旦被排到环境中，可以在大气、水体、土壤、底泥和生物体等环境中长久存在，具有较长

6、的半衰期，这是POPs的一个重要特性，如二噁英系列物质的半衰期在气相中为400 d，在水相中为166 d到21.9年，在土壤和沉积物中约17273年，在人体内的半衰期为79年。生物富集性：POPs是亲脂憎水性化合物，具有生物积累性。这就意味着它们易于进入生物体的脂肪组织或蛋白质中并积累下来（在水和土壤系统中，POPs会转移到固相或有机组织的脂质），通过食物链的生物富集作用，随着食物链营养级的延长，积累的浓度逐渐升高，即产生生物放大效应，这种效应可使最高营养级捕食者体内的POPs浓度比环境中的浓度高多个数量级。半挥发性和远距离传输性：由于POPs具有半挥发性，POPs容易从水体、土壤中挥发进入大

7、气，或者以液体的形式存在，或者被吸附在悬浮颗粒物上，并随着温度的变化而发生界面交换。这些物质又难以分解，可经过长距离迁移而在环境中沉积，并通过全球蒸馏、蚱蜢效应等机制在全球性迁移和污染。生物毒性：POPs具有“三致”（致癌、致畸、致突变）效应，对人类和动物的生殖、遗传、免疫、神经、内分泌等系统等具有强烈的危害作用6。POPs几乎都直接或间接地具有环境激素作用，通过多种途径进入生物体或人体的POPs，可以在脂肪、胚胎和肝脏等器官中积累下来，破坏或抑制神经系统和免疫系统；破坏或干扰内分泌系统；影响人类生殖功能，造成生长障碍和遗传缺陷，威胁到人类的繁衍及新生儿的健康。1.2 持久性有机污染物POPs

8、的危害（1）对人类健康的危害：通常，POPs首先被植物、海洋微生物及昆虫所吸收，然后以上生物又被较强大的生物捕食，这些POPs污染物随着其在食物链中的循环，最终会污染了鱼、肉及奶乳食品。这些被污染的食品被人类食后，POPs就被藏匿于脂肪纤维中，并且可通过胎盘和哺乳传染给婴儿9。暴露于持久性有机污染物对人类的新陈代谢、发育和生殖功能等会产生潜在的有害影响, 还与癌症发病率之间存在着一定的联系10。（2）以类环境激素的形式危害人和其它动物：POPs类环境激素对人体的危害主要表现为生殖发育毒性、神经系统毒性、免疫系统毒性和致癌性等方面。环境激素直接影响大脑皮层、下丘脑、脑垂体等对激素分泌的调节作用，

9、导致人体自身激素的合成、释放、传输异常，引起神经传导等生理功能的紊乱，对野生动物的危害环境激素对野生动物的影响主要表现为生殖毒性、内分泌毒性、免疫毒性、畸形和数量减少等5。（3）对环境和生态系统的有害影响：持久性有机污染物及其代谢物或几类化学物质对动物及人类生殖能力的影响往往具有协同作用。其危害对食物链中高等捕食者损害最重，引起包括：生殖障碍和种群下降；功能异常和其他荷尔蒙系统异常；性别混乱；免疫系统障碍；行为失常；肿瘤和癌症等损害，从而对整个生态系统产生影响。2 持久性有机污染物POPs的环境修复技术持久性有机污染物POPs的环境修复主要是针对被污染的土地、水体、大气的修复和含POPs的废弃

10、物的降解。POPs环境修复技术可分为原位和异位修复技术11-12。原位修复是指对污染场地（包括深层次污染的土壤和地下水）中存在的污染物进行就地处置，不需要建设昂贵的地面基础设施和远程运输，使之得以降解；异位修复则是将土壤或水体转移后再处理。各种修复技术总结起来可以分为物理、化学、生物修复技术。2.1 物理法针对水体POPs污染的物理修复技术有是气提、吸附和萃取等手段。针对土壤的修复技术有填埋法、换土法和通风转移污染物技术13。这里介绍下土壤热解吸技术。它是通过直接或间接热交换，将污染土壤及其中含有的污染物加热到足够的温度，以使污染物从土壤中得以挥发与分离的过程。虽然热解吸设备投资较大，并且污染

11、土壤需挖掘后才能处理，但其具有操作灵活、安全稳定、对土壤理化性质影响小、处理成本低廉等显著优点，故成为发达国家修复有机污染土壤的重要技术之一。有研究结果，采用适当的热解吸温度进行土壤热解吸修复可避免对土壤自然肥力的破坏，使得处理后土壤恢复农田耕作成为可能，是一种潜在的绿色修复技术14。2.2 化学法化学降解法是目前处理POPs污染物中最常用的方法，主要有化学清洗法，萃取法，高级氧化法，电化学法等。2.2.1 化学清洗法化学清洗法是用一些化学溶剂和表面活性剂等清洗被污染场地的方法，此法虽费用较低，但易造成二次污染。2.2.2 萃取法是采用超临界流体或微波萃取场地中污染物，使污染物被浓缩富集而去除

12、，但设备投资大，运行成本高。2.2.3 高级氧化法高级氧化法(Advanced OxidationProcesses，AOP)是指反应中涉及到羟基自由基的氧化过程，它具有独特的优势：反应过程中产生大量的羟基自由基作为中间产物，可诱发后面的链反应；将污泥降解为CO2和H2O，不会造成二次污染；反应过程容易控制；可单独处理，也可与其它技术联用15。高级氧化法可以分化学氧化法、湿式氧化法、超声波氧化法、为光催化氧化（近紫外光290400 nm）等。研究表明超声波氧化法可在30 min 内降解水体中95%的低浓度多氯联苯，是一项发展前景良好的POPs处理技术；利用纳米级二氧化钛和紫外光的光催化氧化反应

13、来处理POPs可能成为研究的热点技术之一13。2.2.4 电化学氧化法电化学氧化技术是近年来中国处理POPs利用的一种新技术。电化学氧化技术借助具有电催化活性的阳极材料，能有效形成氧化能力极强的羟基自由基（OH），既能使POPs发生分解并转化为无毒性的可生化降解物质，又可将之完全矿化为二氧化碳或碳酸盐等物质16。包括电解氧化法（可溶阳极法和不溶阳极法），电解氧化生物耦合17，吸附电解氧化法等18。探索新型的电极材料，以提高电流密度、催化活性和化学稳定性，从而提高电化学法降解有机物的效率；设计高效合理的电化学反应器，使电化学法降解废水中有机物得到工业化的推广是当前研究热点前沿。2.3 生物法生物

14、法主要是利用植物、微生物或原生动物等的吸收、转化、清除或降解POPs，可分为植物修复、微生物修复、动物修复和酶修复等。2.3.1 植物修复技术植物体受到POPs的污染和毒害的同时，有些植物能富集相当水平的POPs污染物，这为改善修复受POPs污染的土壤提供了机遇19。利用植物及其根际微生物吸收、转移、富集、去除、转化和固持土壤、底泥、地下水、地表水POPs技术，是当前生物修复研究领域中的热点。使用红树植物植物修复POPs污染湿地沉积物的研究近几年受到了广受关注11。植物修复有3种机制：植物对有机污染物的直接吸收；植物根部分泌的酶来降解有机污染物；根际与微生物的联合代谢作用。（1）植物吸收。植物

15、从受污染的环境中直接吸收POPs等有机物，然后将没有毒性的代谢中间体储存在植物组织中，化合物被吸收到植物体后，植物可将其分解，并通过木质化作用使其成为植物体的组成成分，也可通过挥发、代谢或矿化作用使其转化成二氧化碳和水，或转化为无毒性作用的中间代谢物如木质素，储存在植物细胞中。（2）植物释放分泌物和酶去除有机污染物。植物中的常规酶系能增加污染物的可溶解性，从而提高它们的生物可利用性，植物释放到环境中的酶具有显著的催化作用，可直接降解有机污染物。（3）植物与根际微生物的联合作用。植物根区的菌根真菌与植物形成共生作用, 有其独特的酶途径，用以降解不能被细菌单独转化的有机物。2.3.2 微生物修复技

16、术目前，关于微生物降解POPs的研究已经成为环境修复领域的热点。它利用微生物的代谢活动把POPs转化为易降解的物质甚至矿化。特别是降解菌剂法具有成本低、易操作、修复效果好的特点，是一种无二次污染的清洁生产技术，原理是直接向受污染的土壤或水体接入外来的污染物降解菌，同时提供这些微生物生长所需的营养元素，微生物包括真菌、细菌、放线菌和藻类. 细菌中较具代表性的假单胞菌属( Pseudomonas) 可降解DDT等。而真菌的代表属曲霉属(Aspergillus)则可降解DDT、艾氏剂等20。接种外源性高效微生物、添加微生物营养盐、提供电子受体、提供共代谢底物以及提高生物可利用性是促进微生物修复的几大

17、措施。宏基因组技术可以获得大量的降解基因资源；利用生物工程手段，可以大幅度提高降解菌的能力21。2.3.3 酶生物修复技术酶生物修复技术是直接利用某些特定的酶降解。该方法对环境中营养等条件要求不高，对低浓度农药的处理更有效，可降解一些特定的难降解的污染物。利用酶进行农药污染土壤的生物修复被认为是有机污染物生物修复技术中最有效、最可行和最可靠的方法。但目前酶修复技术仍存在酶分离提取时间长、费用高、酶不稳定易失活等缺点9。2.3.4 动物修复动物修复是指土壤中的一些大型土生动物和小型动物种群，能吸收或富集土壤中残留POPs，并通过自身的代谢作用，把部分POPs分解为低毒或无毒产物，此方法对土壤条件

18、要求较高。据报道，蚯蚓对六六六、DDT等农药的积累能力一般比外界大10倍，对DDT的积累最高达70倍左右16。2.4 二恶英类物质的处理及销毁技术经调查发现，我国二噁英类POPs排放源多、排放量大，几乎所有已知的二噁英污染源在我国都大量存在，其毒性比砒霜大1000倍以上，二噁英存在巨大环境隐患，有必要将其处理技术单独列出。热技术：热技术的基本原理是籍于二恶英类物质在9001200的高温下可发生分解。这类技术主要包括：高温过燃烧技术、红外脱毒技术、等离子体高温分解技术、熔盐脱毒技术、超临界水氧化技术、原位玻璃化技术。非热技术：主要利用化学试剂、微生物和电磁场等来实现二恶英类毒物的处理或销毁，包括

19、：化学脱氯技术、紫外光解技术、溶剂萃取技术、吸附技术、生物降解技术、化学降解技术、射线分解技术等9。3 持久性有机污染物POPs的环境管理策略我国持久性有机污染物主要为有机氯农药、多氯联苯和二噁英及新POPs如多溴联苯醚等物质（PBDEs）等。特别是我国面临着DDT残留污染严重，多氯联苯PCBs总量大（1952年开始生产到80年代初累计达到万吨）、二噁英排放量最大的国家之一的现状。为防止和消除POPs污染对我国生态环境和国民健康的不利影响，迫切需要制定符合我国实际情况的管理策略与机制。如对POPs污染场地的管理，需尽快开展POPs污染场地调查，收集POPs污染场地基本情况资料，建立全国POPs

20、污染场地清单，进而开展污染场地管理和修复的示范工程；对POPs废弃物的管理，应着力以相关法规标准为核心，强化有意生产POPs的管理措施，并采用目前国内已相对成熟的高温焚烧和水泥窑技术；对二噁英的管理，关键在于淘汰产能低、技术落后、二噁英污染严重的生产工艺，制定废弃物焚烧、铁矿石烧结、炼钢生产、再生有色金属生产四个二噁英重点排放行业的环境控制标准，并将二噁英等POPs污染源纳入排污申报登记制度和环境统计指标体系中22。强化POPs的环境管理，加强过程监督，制定行之有效的、适合我国国情的环境监管措施与法规，是当前我国面临的迫切任务。4 总结与展望随着科学技术的快速发展，不断有新的方法与手段用来研究

21、POPs，更有效地检测和控制POPs，如利用微量气体颗粒等界面领域上的专门技术，加强POPs在空气界面上的交换描述和定量研究；根据质量守恒定律建立食物链的生物提取和转移模型，开展POPs对人类和野生动物的定量影响和毒性机理研究2。就上述POPs处理技术中，物理方法只能改变POPs形态、地点，无法彻底除去POPs；化学方法费用高，再加上环境中有机污染物的复杂性和多样性，单纯一种方法往往达不到预期目的；生物法选择性高、耗时间长。因此，除了继续研究开发高新技术外，如开发新型的微生物微囊，以增强微生物在实际环境中的生存和降解能力11，还要考虑上述几种技术的联合使用，如把物理技术作为预处理或生物修复技术

22、作为后处理手段与其他处理方法结合，形成高效、经济的联用技术；特别是在揭示生物修复分子机理的基础上，应用基因工程技术开展有关污染物修复的研究，使生物修复技术的研究进入到分子水平，将分子生物学、分子工程学、基因工程、联合修复等新理论和方法用于微生物修复技术中，构建转基因植物提高植物对污染物的耐受性和吸收、富集、降解能力，将为环境保护开辟一条新途径。参考文献1 王铁宇,吕永龙,张红,史雅娟.我国持久性有机污染物状况及宏观对策J.环境污染治理技术与设备,2004,5(11):21-262 胡家会,张永忠.持久性有机污染物POPs的研究进展J.科技导报,2006,24(7):27-293 王东利,张晓鸣

23、,刘玉敏.持久性有机污染物的环境行为及对人体健康的危害J.国外医学;卫生学分册.2003,30(3):1694 史雅娟,吕永龙,任鸿昌等.持久性有机污染物研究的国际发展动态J.世界科技研究与发展. 2003(2):755 石华东,贾春雨.POPs危害的另一层面:环境激素J.北方环境,2011,23(10):164-1666 陈晓娟,皇甫铮.持久性有机污染物(POPs)的危害及现状分析J.污染防治技术,2011,24(6):17-217 穆季平.持久性有机污染物(POPs)研究进展J.环境科学与技术,2006,29,140-1438 周哲,马利民.气候变化对POPs环境行为的影响研究进展J.环境

24、污染与防治,2013,(35):84-879 徐科峰,李忠,何莼,奚红霞,赵月春.持久性有机污染物(POPs)对人类健康的危害及其治理技术进展J.四川环境,2003,22(4):29-3410 阮栋梁,张英锋,张永安,郑向军.POPs持久性有机污染物和危害J.渤海大学学报(自然科学版),2006,27(3):194-19811 高波,贾凌云.POPs污染沉积物原位处理技术的研究与应用进展J.中国给水排水,2010,26(2):4-8,1412 罗程钟,易爱华,张增强,赵娜娜,王琪,黄启飞.POPs污染场地修复技术筛选研究J.环境工程学报,2008,2(4):569-57313 白岚,郭辉.PO

25、Ps的环境污染修复技术及展望J.内蒙古环境科学2009,21(2):74-7714 张新英,李发生,许端平,郭观林,谷庆宝.热解吸对土壤中POPs农药的去除及土壤理化性质的影响J.环境工程学报,2012,6(4):11381-138615 金伟,任建敏. POPs类废水处理研究进展J.重庆工商大学学报(自然科学版),2012,29(5):96-9916 丁峰,沈伟,顾金利,贾学敏,吴相山,方武均.POPs污染及其治理方法,J.科技情报开发与经济,2009,19(8):151-15417 刘辉,方战强,李伟善.电化学法降解持久性有机污染物(POPs)的研究进展J.广东化工,2007,34(1):

26、53-55,6218 谢剑彪.水体中持久性有机污染物(POPs)的化学降解研究进展J.科技情报开发与经济,2009,19(18):142-14419 周立峰,刘小真,汪月华,王琳.植物POPs的污染与潜在危害与修复J.安徽农业科学,2010,38(35):20292-2029520 王海荣,翟秋敏,郭慧玲.持久性有机污染物(POPs)的环境问题与修复技术研究J.商丘师范学院学报,2007,23(3):108-110,11321 黄栩,骆苑蓉,胡忠,田蕴,郑天凌.持久性有机污染物(POPs)生物修复研究进展J.环境科学学报,2006,26(3):353-36122 李扬,马运,黄启飞,杨延梅.我国POPs管理策略研究J.环境科学与技术,2011,34(7):200-2057