ACS Environ. Au 荐文 | X-Press珍珠号事故中燃油合并塑料泄漏和燃烧引发多环芳烃复合污染

英文原题：

Fire and Oil Led to Complex Mixtures of PAHs on Burnt and Unburnt Plastic during the M/V X‑Press Pearl Disaster 

通讯作者： Bryan D. James，伍兹霍尔海洋研究所海洋化学与地球化学与生物系；Asha de Vos，西澳大利亚大学海洋研究所

作者： Bryan D. James*, Christopher M. Reddy, Mark E. Hahn, Robert K. Nelson, Asha de Vos*, Lihini I. Aluwihare, Terry L. Wade, Anthony H. Knap, Gopal Bera

伍兹霍尔海洋研究所 Bryan D. James 等学者对海上事故导致的树脂颗粒泄露和燃烧释放的 PAHs 和烷基化 PAHs 进行了探讨。结果表明火灾引发 PAHs 释放，塑料燃烧程度影响塑料颗粒或碎片中的PAHs含量。由于塑料燃烧残留物中 PAHs 高，塑料燃烧后残留物需要归类为危险废物，有必要进行针对性管理和控制。

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M/V X-Press Pearl 轮事故和燃烧，产生了历史上最大的海洋树脂颗粒泄露。本文作者在离船最近的斯里兰卡海滩收集了5类不同燃烧状态的塑料，分别为未燃烧的白色颗粒、长时间暴露于接近或低于熔点温度而变色的橙色颗粒、烟熏的灰色颗粒、烧焦的塑料碎片以及大于6 cm的燃烧残留物（图1）。不同的树脂颗粒在不同的温度或燃烧条件下，产生不同种类和浓度的多环芳烃（PAHs）。因此，本研究基于斯里兰卡海岸收集的事故残留颗粒或碎片，测定了树脂颗粒（未燃烧的白色颗粒）和其他四类经不同程度燃烧的塑料（长时间暴露于接近或低于熔点温度而变色的橙色颗粒、烟熏的灰色颗粒、烧焦的塑料碎片以及大于6 cm的燃烧残留物）中20种母体 PAHs 与21种烷基化 PAHs，揭示了泄露的树脂颗粒及其燃烧残留物中 PAHs 的丰度、组成、来源和持久性，并对其成为有害危险废物的可能性进行了分析。

图1. 树脂颗粒泄露和燃烧后回收的五种塑料残留物。

未燃烧的白色颗粒、燃烧过的塑料和塑料燃烧残留物中，2-6环PAHs和烷基化 PAHs 总浓度分别达到2670 ± 12.4 ng/g、19900 ± 2300 ng/g和156000 ± 42200 ng/g。燃烧程度不同，PAHs浓度的变异系数（%CV）不同。浓度变异指数能够在一定程度上反映燃烧后塑料残留物的形状、大小和颜色变化情况。燃烧程度不同， PAHs 的单体组成也存在差异显著。例如：未燃烧的白色颗粒中的主导单体为萘、甲基萘和菲，累计占 PAHs 总量的58%。燃烧后的塑料主要富含5-6环的PAHs如苯并[a]芘、苯并[b]芴、苯并[g.h.i]苝和茚并[1.2.3-cd]芘，占PAHs总量的38%-46%。而较大的燃烧残余碎片则富含3-4环的 PAHs，占总量的26 %。这些数据进一步为海洋环境中 PAHs 的来源分析提供支撑。

目前对于传统石油类产品泄露和燃烧产生的 PAHs 和溯源研究已经非常充分，但是基于塑料燃烧的溯源分析还不多见。一般来说，石油燃料燃烧的典型特征是产生高分子量 PAHs 和较低丰度的烷基化 PAHs；而岩源的典型特征是 PAHs 和烷基化 PAHs 呈钟形分布，二烷基或三烷基多环芳烃单体丰度较高。但白色颗粒和烧后塑料不符合燃烧源及岩源的典型特征。因此，判断 PAHs 是否来自塑料泄露或燃烧的科学依据仍不完善。本文校正了塑料泄露或燃烧产生的 PAHs 或烷基化PAHs的单体组成或特征 PAHs 的比例（图2），尤其是蒽/菲和苯并[a]蒽/屈的比例，并以此作为判断塑料相关PAHs排放的依据。另外，附近船只油品泄露或燃烧对塑料燃烧残留物中特征 PAHs 比例也存在影响。因此，同塑料燃烧相关的 PAHs 源解析依然还存在不确定性。

图2. 不同 PAHs 单体在不同种类的塑料燃烧残留物中的比例。本研究提供了白粒、烧后塑料和燃烧残留物的蒽/菲，荧蒽/芘，苯并[a]蒽/屈和茚并[1,2,3-cd]芘/苯并苝的比值

传统溢油产生的 PAHs 及其衰减同塑料颗粒泄露和燃烧产生的 PAHs 存在显著差异。塑料颗粒还可能吸附海水和周围溢油产生的 PAHs。事故发生242天后，泄露和燃烧的塑料中 PAHs 总含量降低近一半（图3）。但调查后期发现，燃烧后的颗粒塑料或塑料残留物上的部分 PAHs 单体存在升高的现象，说明这部分塑料燃烧残留物在靠近海岸过程中，吸附其他过程释放的 PAHs。在调查后期，大多数塑料燃烧产物中特征 PAHs 比例同刚刚泄漏时基本相同，但存在一定程度上的热源指数下降。这一结果更有利于岩源的解释。综上，对塑料泄露和燃烧的持续监测对研究海洋中与塑料相关的多环芳烃的来源与归趋有重要意义。

图3. 白色颗粒(A)和烧后塑料(B)相关的总 PAHs、EPA 优先控制的16种 PAHs (EPA16)和烷基化 PAHs 含量的衰减。白色颗粒(C)和烧后塑料(D)相关的20种母体 PAHs 与21种烷基化 PAHs 单体含量的衰减。

目前，本研究更多的聚焦白色颗粒和燃烧后的残留物。但塑料颗粒燃烧还会产生多种颜色的残留颗粒，比如橙色和灰色颗粒。不同颜色的颗粒，PAHs 含量在1800-10500 ng/g之间，浓度和组成差异显著（图4）。其中，白色颗粒的 PAHs 含量最低。被燃烧和烟熏而形成的灰色颗粒的 PAHs 含量最高。橙色的颗粒残留物也比白色颗粒 PAHs 含量高。因此，在进行危险废物分类的时候，白色、橙色和灰色的颗粒残留物都不容忽视。

图4. 白色颗粒(A)、橙色颗粒(B)、未熏灰的灰色颗粒(C)、熏灰的灰色颗粒(D)和塑料燃烧残留物(E)中20种母体 PAHs 和21种烷基化 PAHs 的组成。

在管理层面，M/V X-Press Pearl 火灾中泄漏的塑料及其燃烧残留物中含有大量 PAHs，其中一些颗粒中的PAHs含量比沉积物中要高出几个数量级。把被潮汐携带至沙滩的塑料燃烧残留物进行收集和处理是必要的。但如果管理部门处理能力有限，可能带来二次污染。也有人提出白色的颗粒可以重复利用，但这部分颗粒的回收具有挑战性。一般情况下，没有危害的颗粒可以作为城市固体废物进行处理，但是如何对有害和无害残留进行分类和分离，是一个难题。因此，海上事故导致塑料泄露和燃烧产生的一系列问题，需要管理部门和科学家们持续关注。

在科学层面，本研究中收集的白色塑料颗粒的 PAHs 浓度也普遍高于其他研究，而燃烧后的塑料残留是迄今为止发现的 PAHs 浓度最高的塑料颗粒。其次，塑料燃烧产生的 PAHs 特征单体比例同传统石油泄露燃烧存在差异，需要辅以其他标记物或比例进行来源诊断方法的完善。另外，值得注意的是，海洋环境中塑料燃烧的残留颗粒和碎片不仅来源于海上，也可以来源于陆上的废物焚烧和火灾。最后，通过本文可以明确的是，燃烧后的塑料及其残留物中PAHs含量较高且具有潜在毒性，应该作为重要的环境污染物进行有效管理和控制。

不管是海洋还是陆地环境，由于较高的 PAHs 含量，塑料泄露及燃烧产物均需要得到管理部门和科学家们的关注。在可能存在塑料燃烧事件或相关产业周边进行 PAHs 来源解析时，化石燃料燃烧和塑料燃烧的贡献需要进行更深入的分析。最后，PAHs 在全球范围的环境行为中，塑料的影响不可忽视。

感谢上海海洋大学王茜副教授撰写本文中文解读！

ACS Environ. Au  2023

Publication Date: July 12，2023

https://doi.org/10.1021/acsenvironau.3c00011

Copyright © 2023 The Authors. Published by American Chemical Society