揮發性有機物（VOCs）正在被大量生產，與之相關的產品有塑料、粘合劑、涂料、汽油、薰劑、制冷劑和干洗劑等。VOCs被廣泛使用，而且這種物質能夠在地下水中遷移并持久存在，因此對環境造成了許多負面影響，如對飲用水水質的影響。USGS國家水質評價（NAWQA）計劃根據1985～2002年的取樣結果，所進行的長期研究對地下水中的VOCs進行了一次全面的全國性分析。研究結果表明，在全國大部分的含水層中都能檢測到VOCs，然而，在近3500個取樣井中，許多井并沒有檢測到VOCs，例如80%的水井中的VOCs沒有超過檢出限0.2ppb。最常檢出的VOCs是氯仿、四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）和汽油添加劑甲基叔丁基醚（MTBE）；評價工作中選擇的55種VOCs，有13種完全沒有檢測出。對作為飲用水的未經處理的地下水樣進行分析，結果表明在生活供水井（14%）和公共水井（26%）的水樣中檢測到了VOCs，但是濃度都不足以對人體健康產生有害影響（不到2%水樣的濃度高于聯邦飲用水標準）。本事實清單對全國和區域地下水和飲用水井中的VOCs的分布進行了匯總，是USGS通告（1292）“全國水質－地下水和飲用水井中的揮發性有機物”的輔助成果。
一、研究地下水中VOCs的重要性
保護和管理地下水是一項重要的工作。在美國，約有一半人口以地下水作為飲用和其它生活用水水源，而且地下水也是維持工農業生產和商業活動的重要自然資源。
VOCs是一類重要的環境污染物，由于其廣泛和長期的使用，因而需要監測和管理地下水中的這類物質。許多VOCs可以在地下水中運移和滯留，其中一些已經確定或懷疑對人類有致癌作用，美國環保局（USEPA）對公共水系統中的VOCs濃度進行了控制。VOCs可以釋放到環境中，通過不同的污染源和途徑到達地下水，包括汽油發動機排氣、工業廢氣、儲油罐泄漏、垃圾填埋、城市廢水入滲、化糞池和水井的注入等。
國家水質評價計劃研究的是VOC在大尺度上的分布特征，不關注局部地區地下水的VOC污染，如垃圾填埋場和地下儲罐的滲漏。但研究結果初步表明，一些人為和自然因素與地下水中的VOCs具有一定聯系，包括含水層特征、化合物的物理和化學性質以及土地利用方式等。
二、VOCs的分布
在全國的大多數含水層都檢出了VOCs，并不局限于幾個特定含水層和地區。然而， 80%的取樣井中的VOCs沒有超過檢出限0.2ppb。
在全國大多數含水層中都有VOCs檢出。根據1985～2002年NAWQA計劃的研究成果，在98個含水層中的90個含水層，至少有一口水井檢測到了55種VOCs中的一種。盡管在全國范圍內都檢出了VOCs，但是在對98個含水層的研究工作中，3500口水井中將近80%的井并沒有檢測到VOCs。本研究選擇的檢出限是0.2ppb（mg/L），而根據聯邦標準，公共飲用水監測的VOCs檢測限是0.5ppb。
一般而言，大多數VOCs，主要是溶劑、汽油烴、鹵代甲烷（THMs）和制冷劑，在全國范圍內分布相對均勻。而其它VOCs則有所不同，MTBE主要是在新英格蘭和中大西洋州的含水層中檢出；農業殺蟲劑，如二溴乙烯（EDB）和二溴氯丙烷（DBCP）主要是在加利福尼亞中部峽谷和夏威夷的瓦胡島的含水層中有檢出。汽油添加劑和薰劑一般與其使用的地區有關。
在研究的含水層中，55種VOCs中的大多數（3/4）至少有一次被檢出；然而，最常被檢出的有15種物質。最常檢出的VOC（約占樣品的7%）是氯仿，氯仿和其它三鹵甲烷是氯消毒的副產物。四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）、汽油添加劑甲基叔丁基醚（MTBE）、汽油烴和甲苯是最常檢出的5種化合物。在55種VOCs中，有13種在任何水樣中都沒有檢出。
在一些水樣中檢出了多種VOCs混合物。最常見的（濃度高于0.2ppb）混合組成是四氯乙烯、三氯乙烯和氯仿。在不足2%的水井中檢測到了這些混合組成。這幾種化合物同時存在可能是由于VOCs在地下水中的廣泛分布，也可能是由于某一母體發生降解。例如，盡管三氯乙烯是一種溶劑，但是在某種環境條件下，四氯乙烯降解產生三氯乙烯，從而使地下水中三氯乙烯的濃度增加。根據NAWQA的VOC混合物的分布資料，可以幫助識別出全國地下水和飲用水井中最常檢出的物質。
本文中VOCs的“檢測”濃度很低（0.2ppb），并不一定說明飲用這些水會對人體健康造成危害。事實上，大多數水樣中單個VOC的濃度都低于聯邦飲用水標準或其它人類健康標準，水樣中所有VOCs濃度之和一般也不足1ppb。NAWQA計劃采用設計的分析方法來衡量低濃度的污染物，主要是為了全面評價全國地下水中VOCs的分布情況，來確定目前與地下水中存在VOCs相關的問題，研究濃度隨時間的變化情況，了解人類和自然因素對VOC的影響。關于全國地下水中VOCs的分布情況以前還未有記載，因為大多數監測工作，如根據飲用水標準進行的分析并不是針對含水層的資源評價，或者沒有監測濃度相當低的污染物。
三、對人類健康的潛在影響
在飲用水井中檢測到了VOCs，但是其濃度一般不會對人類健康造成影響。USGS只對飲用水井中的VOCs進行了單獨分析，以認識VOC的濃度對人體健康的影響。特別是采集未經處理或混合的生活供水井和公眾水井的水樣，與聯邦飲用水標準（USEPA的最高污染物標準，簡稱MCLs）和USGS的健康基準篩選濃度（HBSLs）進行比較。
2041個生活供水井水樣的14%和1096個公共水井水樣的26%檢測到了VOCs，其濃度一般都低于健康標準。只有約1%的取自生活供水井（29口水井）的水樣和約2%取自公共水井（16口水井）的水樣高于MCLs。VOCs濃度超過MCLs的，大部分都是由于農業殺蟲劑二溴氯丙烷（僅存在于生活供水井）和溶劑四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）的存在。所有水樣的濃度都低于HBSLs。
由于公共水井大多分布在城市地區，因此其VOC的污染源比農村地區更多，而且也更容易釋放出來；另外，與生活供水井相比，公共水井的抽水率較大，使污染的地下水更易于向公共水井遷移。因此，公共水井的VOCs檢出率相對較高。這一研究成果與USGS的合作研究成果一致：與作為較小供水系統的地下水相比，為大社區（超過5萬人）供水的地下水中，許多VOCs，如溶劑、汽油烴和致冷劑的檢出率較高，濃度也較高（Grady，2003）。在生活供水井的水樣中，三氯甲烷、溶劑、致冷劑和汽油添加劑是最常檢測到的VOCs。在生活供水井中檢測到這些污染物，主要是水井主人的責任。大多數州和一些地方機構都通過網站和一些印刷品為這些水井主人提供指導。
USGS對未進行處理或混合的飲用水進行評價，有助于認識生活供水井和公共水井中的VOC對人類健康造成的影響。根據這一研究成果可以確定今后需長期監測的組分和其它研究工作中需優先檢測的組分。
值得注意的是在人類健康背景下評價VOCs存在一定的復雜性（Toccalino等，2006）。例如，飲用水中VOCs的濃度高于人類健康標準，如MCLs或HBSLs，但這并不能說明飲用這些水會對人類健康造成負面影響。經過水處理，可以將VOC濃度降至人類健康標準以內。
四、污染源、遷移和歸宿之間的聯系
每一種VOC都有其特定的污染源、利用方式以及控制其在地下水中遷移和歸宿的因素。已經進行了許多小范圍的研究，來確定VOC污染源以及控制這些物質在環境中遷移和歸宿的物理和化學性質。研究結果表明，在地下水中出現VOCs取決于多種因素，但并不僅僅局限于下面幾種：
●VOC生產和使用的地理和時間范圍；
●取樣井的VOC污染源的類型和位置；
●水井周圍的城市土地的利用程度；
●化合物本身的化學和物理性質，如遷移性和持久性；
●含水層性質，包括溶解氧、水文地質條件和水位埋深等；
●含水層的抽水壓力；
●土壤性質和氣候；
●含水層系統的補給時間和補給量；
●VOC向環境釋放的時間以及地下水的年齡。
盡管NAWQA評價沒有特別針對單個水井水樣的污染源、遷移途徑以及控制VOC濃度的物質和化學因素，但是對含水層中的VOC進行全國性的分析時，會發現一般的影響因素和關系。與人類活動相關的兩種影響因素是土地利用和VOC的生產量；與自然特征相關的兩種影響因素是地下水中的溶解氧含量和含水層巖性：
●城市土地利用和污染源
地下水中的VOCs通常與取樣井周圍1.5km的影響半徑內的城市土地利用率有關。VOC的出現一般也與有害廢物處理設施、地下儲油罐和污水處理系統有關。
●生產量
VOCs的生產量與VOC的檢出率沒有直接關系，這是因為生產量并不能反映釋放到環境中的VOCs的真實量。另外，有一些VOCs的生產量資料很少，只能進行估計。
●溶解氧
VOCs的檢出濃度隨地下水中溶解氧濃度的不同而不同，主要是由于溶解氧濃度對VOCs的降解率有影響。在NAWQA評價工作中，VOC的檢出率和與溶解氧相關的生物降解率有關。一些VOCs，如氯仿和四氯乙烯，在溶解氧含量高的地下水中檢出率要高一些，相反，亞甲基氯和三氯甲烷則在溶解氧含量低的地下水中檢出率高一些。
●巖性
巖性是組成含水層巖石的物理性質，不管是砂巖、碳酸鹽巖、玄武巖，還是砂礫巖，含水層中VOC的檢出率都會有所差異。
五、特定VOCs的分布
地下水中某一種VOC的出現受其使用方式、化學和物理性質以及水文系統性質的影響。在NAWQA評價工作中，對特定VOCs進行研究，來說明這些因素的作用。
（一）氯仿和其它三鹵甲烷
氯仿是三鹵甲烷的一種，是含水層和飲用水井中經常檢出的物質之一。
在NAQWA評價工作中，氯仿是地下水中最常檢出的VOC，在對98個含水層的研究工作中，約有7%的水樣檢測到了這一物質。氯仿有很多用途，如用于空調的致冷劑和商業冷藏庫，同時也作為試劑、萃取劑、薰劑、殺蟲劑以及印染的前處理劑等。氯仿和其它三鹵甲烷是飲用水和廢水加氯處理的副產物，以及生活和公共水井的消毒副產物（Ivahnenko和Zogorski，2006）。另外，一些家庭采用含氯產物進行漂白和清洗，排放的廢水中也會有這些物質。
由于含氯物質使用的范圍大，時間長，因此含氯仿的廢水足以到達取樣含水層。溶解氧濃度相對較高時，氯仿會在含水層中保持很長時間，而且不易被土壤和含水層介質吸附。這樣，氯仿會在地下水中遷移很遠的距離，在地下水中存留很多年。
氯仿是生活和公共水井中最常檢測到的VOC。在生活供水井和公共水井的水樣中，檢測到的氯仿分別為5%和11%，而其它三種三鹵甲烷（二溴甲烷，二溴氯甲烷和三溴甲烷）的濃度相對較低；USEPA飲用水標準（MCL）規定上述四種物質之和不超過80ppb。關于THMs與人類健康的關系也引起了關注，如對肝、腎和中樞神經系統的致癌和危害。
將含有氯仿和其它THMs的水補給作為飲用水源的含水層已經極為常見，特別是在西部的一些州。在生活和公共水井的水樣中，氯仿的高檢出率表明，需要對這些物質進行長期的常規檢測，特別是在那些將含氯水作為人工補給水的地區。
（二）汽油添加劑MTBE
盡管MTBE的使用時間并不長，但該物質是許多含水層和飲用水井水樣中檢出頻率最高的物質之一。
在對含水層進行研究時，MTBE的檢出率居第三，在98個含水層中有3%檢出了該物質。在不同含水層中，MTBE的分布并不均勻，檢出率最高的地區是（1）人口密度大的地區；（2）將MTBE作為汽油添加劑的地區；（3）地下水補給率高的地區，如人口密度大的新英格蘭和中大西洋州。
MTBE是一種汽油添加劑。自上世紀90年代中期開始，MTBE的用量迅速增加。2005年，美國國會通過能源政策法，要求到2006年中期，大大削減汽油的需求量，這樣有望在將來減少汽油中的MTBE用量。
盡管MTBE使用時間不長，但是在地下水中的檢出率較高，這與其物理性質有關。這些物理性質包括易溶于水，不易被土壤和含水層介質吸附，這就使得MTBE比其它汽油組分更易于到達含水層，而且運移速度快，運移距離遠。
另外，地下水中MTBE的生物降解性很差，因此與其它汽油組分相比，如苯和甲苯，MTBE在含水層中停留的時間更長。
在生活和公共水井中，MTBE的檢出率分別是3%和5%，濃度一般都低于USEPA的飲用水標準（范圍為20～40ppb）。只有一個生活供水井的一個飲用水水樣，其MTBE的濃度達到飲用水標準的底限。目前USEPA的定量風險評價正在進行中，研究結果表明MTBE會影響腎臟和肝臟，也可能有致癌作用。
MTBE用作汽油添加劑只有10年的時間。由于地下水流動的復雜性，MTBE的高溶解性和運移性，MTBE將來的分布情況目前尚不可知。需要對MTBE進行連續監測，特別是在MTBE使用量大的地區，如新英格蘭和中大西洋州。
（三）PCE和TCE
PCE和TCE是最常檢出的濃度高于聯邦飲用水標準的VOCs，在98個含水層研究工作中，PCE和TCE分別排在最常檢出物質的第二位和第四位，檢出率分別為4%和3%。氯代烴是含氯的有機物，有著不同的工業、商業和家庭用途。例如，PCE主要用作干洗劑。盡管TCE一般也作為干洗劑，但通常是其母體PCE的生物降解產物，特別是在缺氧的地下水環境中。盡管這些溶劑現在仍在使用，但自上世紀70年代以來，其產量逐年下降。
氯代烴的物理性質是易于在地下水中運移和停留。一般而言，這些物質密度較大，可以穿過地下水水位；而溶解度高，則使其易于在地下水中運移。這些有機物在地下水中的半衰期比一般的VOCs（如汽油烴）要長，說明這些烴類可以在某一含水層中停留相當長的時間。
在生活供水井中，PCE和TCE的檢出率分別為2%和1%，而在公共水井中，檢出率分別為5%和4%。由于這兩種氯代烴濃度高于聯邦飲用水標準，因此引起了廣泛關注。氯代烴可能有致癌作用，會對人類健康造成不利影響。USEPA預期在2006～2008年對PCE、TCE和其它有機物的健康影響重新進行評價。
由于PCE和TCE分布廣泛且長期使用，在地下水中易于運動和停留，而且濃度較高，因此需要對這些物質進行長期連續的監測。另外，由于在過去的幾十年里，PCE和TCE的產量開始下降，長期的監測工作也有助于追蹤這些物質在地下水和飲用水井中的濃度變化。
（四）二溴氯丙烷（DBCP）和其它熏蒸劑
僅在熏蒸劑使用量大的地區檢測到了這一物質，如加利福尼亞和夏威夷。在夏威夷瓦胡島，在30%的含水層水樣中檢測到了熏蒸劑，在加利福尼亞中央峽谷，有10%的含水層水樣檢測到了熏蒸劑。而在全國的98個含水層中，熏蒸劑的檢出率僅有2%。
加利福尼亞中央峽谷的熏蒸劑與歷史上在葡萄園和杏園大量使用DBCP有關；而瓦胡島的熏蒸劑，在很大程度上，與在菠蘿種植園使用含有二溴乙烯（EDB）、1,2-二氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷的熏蒸劑有關。例如，1970年，在瓦胡島的菠蘿種植園，為了除蟲，使用了約180萬磅的熏蒸劑。
經過20～30年的使用，在上世紀70年代末到80年代初，美國禁止使用含有DBCP、二溴乙烯（EDB）、1,2-二氯丙烷和1,2,3-三氯丙烷的熏蒸劑。但是由于熏蒸劑在地下水中具有持久性，而且在地下水中生物降解緩慢，因此盡管已經禁止使用多年，但在地下水中仍可以檢出這些物質。
在生活供水井中約有2/3的熏蒸劑濃度高于飲用水標準，約有1/5的熏蒸劑是DBCP，這一物質主要是在上世紀50年代末到70年代末廣泛使用，濃度高的取樣點主要是在加利福尼亞州。
譯自《USGS fact sheet》2006-3048
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