陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素分布特征
中國(guó)污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2018-1-4 8:31:35
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隨著城市化和工業(yè)化進(jìn)程的加快, 污染物排放量逐年增加, 大量金屬進(jìn)入水庫、河流、湖泊等水環(huán)境中, 威脅用水安全.水庫作為半自然半人工水體, 流動(dòng)性差、水體停留時(shí)間長(zhǎng), 與天然濕地生態(tài)系統(tǒng)相比穩(wěn)定性差且脆弱性明顯, 更容易受到人類活動(dòng)的影響.重金屬(As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn等)具有穩(wěn)定性、不可降解性、生物積累性等特點(diǎn), 在湖庫水生態(tài)環(huán)境中可通過吸附、解吸、沉淀、生物吸收等反應(yīng)在水-沉積物-生物體內(nèi)進(jìn)行復(fù)雜的遷移、轉(zhuǎn)化過程, 并且能通過食物鏈循環(huán)在生物體內(nèi)富集, 威脅人體健康[6, 7].目前, 我國(guó)關(guān)于Al的研究主要集中在毒性上, 而在水體中Al污染方面研究較少, Al作為自然界中的豐量元素一直被認(rèn)為是無毒元素, 其制品被廣泛應(yīng)用, 而人體攝入的Al一旦過量會(huì)對(duì)骨骼、大腦、造血系統(tǒng)等造成損害, 難以迅速排泄出去, 且與其它來源相比, 經(jīng)飲用水途徑攝入人體的Al危害更大.
陸渾水庫是河南省洛陽市重要的飲用水源地, 毗鄰洛陽市嵩縣和欒川縣鉬礦.近年來, 我國(guó)鉬污染事件頻發(fā), 如葫蘆島水庫鉬污染(2004年8月)、洛陽市伊河鉬污染(2017年2月)等. Mo雖為人體必須的微量元素, 但人體中Mo過量會(huì)導(dǎo)致痛風(fēng)癥、貧血、腹瀉等.作為當(dāng)?shù)刂匾娘嬘盟春凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)水源, 陸渾水庫自建庫以來發(fā)揮了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益, 庫區(qū)水環(huán)境安全意義重大.因此, 探明陸渾水庫飲用水源地金屬濃度分布特征, 評(píng)價(jià)潛在人體健康風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義.
近年來, 國(guó)內(nèi)外關(guān)于水庫金屬元素污染的研究主要集中于沉積物, 而對(duì)水體中金屬元素污染的關(guān)注較少.目前, 對(duì)于陸渾水庫的研究主要關(guān)注其防洪、壩基滲透穩(wěn)定性、非重金屬污染物污染源調(diào)查等方面, 至今尚無針對(duì)陸渾水庫飲用水源地金屬元素污染狀況及引起的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行調(diào)查和評(píng)價(jià)的報(bào)道.因此, 本研究對(duì)陸渾水庫飲用水源地水體中12種金屬元素(包括重金屬As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Zn和輕金屬Al)污染進(jìn)行了較全面的調(diào)查, 通過掌握水體中金屬元素分布特征和潛在健康風(fēng)險(xiǎn)水平, 以期為陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素污染水質(zhì)目標(biāo)管理及供水安全提供依據(jù).
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)域
陸渾水庫位于黃河流域伊河中游的河南省洛陽市嵩縣境內(nèi), 嵩縣地處河南省西部山區(qū), 縣域面積3 009 km2, 耕地面積3.13×104 hm2, 為河南省第四大版圖縣, 其中深山區(qū)占95%, 淺山丘陵區(qū)占4.5%, 平川區(qū)占0.5%.境內(nèi)伊河以北為熊耳山, 平均海拔1 400 m, 汝河以南為伏牛山, 平均海拔1 200 m, 汝河、伊河之間為伏牛山支脈外方山, 平均海拔1 200 m.
陸渾水庫建于1959年, 從1965年開始蓄水, 是一座以防洪為主, 結(jié)合灌溉、發(fā)電、供水和水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利工程.水庫平均水深9.6 m, 最大水深31.0 m, 庫長(zhǎng)12.5 km, 寬3.5 km, 總庫容13.2×108 m3, 防洪高水位為321.50 m, 死水位高程298 m, 集水面積3 674 km2, 控制流域面積3 492 km2, 占伊河流域面積的57.9%.陸渾水庫大部分地段河谷開闊, 河床寬度大于1 km, 水流由西南流向東北, 至壩址區(qū)河床寬度驟然縮窄至330m.大壩兩肩為崗狀地形, 左岸崗頂高程為350~360 m, 其北側(cè)為一大沖溝(櫻桃溝), 溝底高程為280~300 m; 右岸崗頂高程360~380 m, 沖溝淺而短, 不及左岸發(fā)育.陸渾水庫位于半干旱半濕潤(rùn)地區(qū), 屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候, 年平均氣溫約為14.1℃, 多年平均降雨量791 mm, 超過60%的年降雨量集中在汛期6~10月.
陸渾水庫流域及流域周邊區(qū)域(嵩縣和欒川縣境內(nèi))分布著較多以鉬礦為主的金屬礦藏, 目前已查明的鉬礦礦產(chǎn)地有40余處, 其中大型5處、中型7處, 如魚池嶺鉬礦、凡臺(tái)溝鉬礦、安溝鉬礦、雷門溝鉬礦和欒川鉬礦等.其中, 魚池嶺鉬礦床是大型斑巖型鉬礦床, 鉬資源儲(chǔ)量3.8×105 t, 品位0.074%; 欒川鉬礦總儲(chǔ)量2.06×106 t、平均品位0.103%.區(qū)域內(nèi)已查明的其他金屬礦(鉛礦、鋅礦、金礦、鐵礦等)礦產(chǎn)地有180余處, 其中大型3處、中型12處.嵩縣和欒川縣現(xiàn)有鉬礦采選企業(yè)60余家, 選礦規(guī)模約1.5×105t·d-1, 日采礦量約1.1×105t·d-1.選礦企業(yè)處理1 t礦石需用水量4 t左右, 產(chǎn)生的廢水經(jīng)尾礦庫處理后進(jìn)入廢水回用系統(tǒng)再利用, 產(chǎn)生含礦粉塵經(jīng)除塵器收集后再利用, 未收集的粉塵由排氣筒排放, 產(chǎn)生的選礦廢渣運(yùn)輸至尾礦庫堆存.嵩縣和欒川縣現(xiàn)有其他金屬礦(鉛礦、鋅礦、金礦、鐵礦等)采選企業(yè)100余家, 選礦規(guī)模約6.5×105t·d-1.
1.2 樣品采集與處理
于2016年9月(豐水期)在陸渾水庫46個(gè)采樣點(diǎn)表層(距水面下0.5 m處)采集了水樣, 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定pH值, 并用GPS進(jìn)行定位導(dǎo)航, 采樣點(diǎn)位置見圖 1.水樣采集后立即用0.45 μm濾膜抽濾, 加入優(yōu)級(jí)純濃硝酸酸化使其pH≤2, 密封保存, 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室置于冰箱中保存(4℃, 避光).每個(gè)水樣設(shè)3個(gè)平行樣, 同時(shí)設(shè)置空白實(shí)驗(yàn).采用AFS-230E雙道原子熒光光度計(jì)(北京海光儀器公司)和Tekran2500CVAFS(加拿大)分別檢測(cè)水樣中As和Hg濃度, 儀器檢測(cè)限分別為0.01 μg·L-1和0.009 μg·L-1; 采用ICP-MS(7500a, 美國(guó)Agilent公司)檢測(cè)水樣中Al、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn濃度, 儀器檢測(cè)限分別為0.05、0.01、0.02、0.02、0.06、0.03、0.03、0.08、0.12和0.64 μg·L-1.實(shí)驗(yàn)過程中每批樣品中均加入空白樣, 質(zhì)量控制采用三平行樣和加標(biāo)回收法, 結(jié)果表明樣品分析數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均在15%以內(nèi), 加標(biāo)回收率為80%~115%.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析采用Excel和SPSS22.0完成, 金屬濃度空間分布圖采用ArcGIS 9.3繪制.
1.3 水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型
健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是通過估算有害因子對(duì)人體不良影響發(fā)生的概率來評(píng)價(jià)暴露于該有害因子的個(gè)體健康受到影響的風(fēng)險(xiǎn), 水體中金屬元素對(duì)人體健康產(chǎn)生危害的暴露途徑主要包括飲用水、皮膚接觸等.根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)和國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)(IARC)對(duì)化學(xué)物質(zhì)致癌性全面評(píng)價(jià), 研究測(cè)定的12種金屬元素中, 致癌性元素有As、Cd、Cr, 非致癌性元素有Al、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Zn, 評(píng)價(jià)模型及金屬毒理學(xué)特性參數(shù)、暴露參數(shù)見文獻(xiàn).
2 結(jié)果與分析 2.1 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度及分布特征
根據(jù)陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度(表 1), 依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值, As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn濃度均未超標(biāo), Al平均值雖未超標(biāo), 但最大值(200.27 μg·L-1)超過《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值. Mo濃度(151.42~170.69 μg·L-1)整體處于較高水平, 各采樣點(diǎn)濃度均超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值, 最大值和最小值分別是標(biāo)準(zhǔn)限值的2.44和2.16倍, 表明陸渾水庫飲用水源地水體中Mo污染較為嚴(yán)重. Fe、Hg、Ni和Zn最大值與最小值相差較大, 最大值分別是最小值的5.54、38.5、7.93和6.76倍.從變異系數(shù)來看, Fe和Hg的變異系數(shù)比其他元素大, 說明這2種元素濃度在各采樣點(diǎn)存在較大差異.從表 1還可以看出, 陸渾水庫飲用水源地水體的pH值(8.10~8.25)屬于偏堿性水平, 變化幅度較小, 最大值和最小值分別出現(xiàn)在9和23號(hào)采樣點(diǎn).
表 1 陸渾水庫和其它研究地區(qū)水體中金屬元素質(zhì)量濃度
| 元素 | Al | As | Cd | Cr | Cu | Fe | Hg | Mn | Mo | Ni | Pb | Zn | pH |
| 平均值(本研究) | 145.12 | 3.60 | 0.72 | 8.13 | 3.93 | 30.05 | 0.026 | 1.57 | 159.04 | 6.52 | 0.70 | 7.73 | 8.16 |
| 最大值(本研究) | 200.27 | 5.57 | 0.95 | 9.51 | 5.81 | 69.05 | 0.077 | 1.70 | 170.69 | 9.91 | 0.83 | 14.12 | 8.25 |
| 最小值(本研究) | 89.53 | 2.06 | 0.49 | 7.23 | 2.07 | 12.47 | 0.002 | 1.41 | 151.42 | 1.25 | 0.61 | 2.09 | 8.10 |
| 標(biāo)準(zhǔn)差(本研究) | 32.67 | 0.87 | 0.13 | 0.58 | 1.29 | 14.45 | 0.019 | 0.08 | 5.09 | 2.55 | 0.06 | 2.82 | 0.04 |
| 變異系數(shù)(本研究) | 0.23 | 0.24 | 0.17 | 0.07 | 0.33 | 0.48 | 0.73 | 0.05 | 0.03 | 0.39 | 0.09 | 0.37 | 0.01 |
| GB 3838-2002 | — | 50.00 | 5.00 | 50.00 | 1 000.00 | 300 | 0.10 | 100 | 70 | 20 | 50.00 | 1 000.00 | 6~9 |
| GB 5749-2006 | 200 | 10 | 5 | 50 | 1 000 | 300 | 1 | 100 | 70 | 20 | 10 | 1 000 | 6.5~8.5 |
| 三峽水庫[31] | — | 2.055 | 0.038 | 0.472 | 1.740 | — | — | — | — | — | 1.082 | 128.289 | — |
| 丹江口水庫[32] | 203.69 | 11.08 | 1.17 | 6.29 | 13.32 | 19.14 | — | 5.69 | — | 1.73 | 10.59 | 2.02 | — |
| 錢屯水庫, 云南[33] | — | — | 0.6 | 33.1 | 13.3 | 357.7 | — | 44.6 | — | — | 4.4 | 20.9 | — |
| 清澗美水庫, 云南[33] | — | 8.1 | 1.4 | 32.0 | 9.7 | 301.5 | — | 239.0 | — | 3.2 | — | 9.5 | — |
| 文筆海水庫, 云南[33] | — | 5.4 | 0.8 | 32.2 | 12.2 | 5.7 | — | 0.7 | — | — | — | 11.5 | — |
| Karanja水庫, 印度[34] | — | — | — | — | 210.8 | 585.4 | — | 225.2 | — | 777.7 | 1 103.0 | 210.3 | — |
| Polyphytos水庫, 希臘[35] | — | — | 1.6 | 2.4 | 3.0 | 43.2 | — | 17.1 | — | 22.2 | 5.1 | 34.7 | 7.1~9.4 |
| Mae Thang水庫, 泰國(guó)[36] | 1.2~8.3 | 1.1~1.56 | 0.017 | — | 0.24~0.7 | 46.2~68.2 | — | 0.96~446 | — | — | 0.01~0.08 | 5.9~6.9 | — |
| Kralkizi Dam水庫, 土耳其[37] | — | 2.39 | 0.036 | 22.06 | 2.83 | 58.63 | — | — | — | 15.75 | 2.56 | 5.02 | — |
| Dicle Dam水庫, 土耳其[37] | — | 1.61 | 0.030 | 18.58 | 2.12 | 62.07 | — | — | — | 15.86 | 1.84 | 41.2 | — |
| Batman Dam水庫, 土耳其[37] | — | 0.71 | 0.044 | 16.50 | — | 57.66 | — | — | — | 15.96 | 1.56 | 4.09 | — |
| 洛南鉬礦開采區(qū)域地表水[38] | — | 7 | 0.2 | — | — | — | — | — | 0.18 | — | 18 | — | — |
與國(guó)內(nèi)外其它區(qū)域水庫相比(表 1), 陸渾水庫飲用水源地水體中Al和Cd濃度偏高, 其中Al濃度是泰國(guó)Mae Thang水庫最大值的17.48倍, Cd濃度分別是三峽水庫、泰國(guó)Mae Thang水庫、土耳其Kralkizi Dam水庫、土耳其Dicle Dam水庫和土耳其Batman Dam水庫的18.95、42.35、20、24和16.36倍.陸渾水庫飲用水源地水體中As和Cr濃度與其他大部分地區(qū)水庫水體中元素濃度相當(dāng), Pb和Zn濃度在不同地區(qū)水庫水體中波動(dòng)較大.陸渾水庫飲用水源地水體中Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn濃度遠(yuǎn)低于印度Karanja水庫, Fe濃度遠(yuǎn)低于云南錢屯水庫、清澗美水庫, Mn濃度遠(yuǎn)低于云南清澗美水庫, Zn濃度遠(yuǎn)低于三峽水庫.此外, 陸渾水庫飲用水源地水體pH值的變化范圍小于泰國(guó)Mae Thang水庫.不同水庫水體中金屬濃度和pH值的差異可能與它們所處不同的自然地質(zhì)背景及受到不同人為活動(dòng)的影響等因素有關(guān), 陸渾水庫飲用水源地水體中Al和Cd濃度跟其他水庫水體相比較高, 說明陸渾水庫可能受到了含Al和Cd污染源的污染.此外, 與洛南鉬礦開采區(qū)域地表水相比(表 1), 陸渾水庫飲用水源地水體中Mo濃度是洛南鉬礦開采區(qū)域地表水的883.56倍, 進(jìn)一步說明陸渾水庫飲用水源地水體中Mo污染較嚴(yán)重.
從各元素濃度的空間分布特征(圖 2)可以看出, 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度整個(gè)分布趨勢(shì)為從西南向東北先遞減后增加, 濃度高值區(qū)域主要集中在水庫上游和下游.元素Al、As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mo、Ni、Pb和Zn濃度具有較明顯的地域分布特征, Al、As和Pb濃度在水庫下游水體中較高, 濃度最大值分別出現(xiàn)在38、46、2、12、22、12、24、22、30、40、6和30號(hào)采樣點(diǎn), 其中Al濃度在35和38號(hào)采樣點(diǎn)超過了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值. Cd和Ni濃度在水庫上游和下游水體中較高, Cr和Hg濃度在水庫東南側(cè)水體中較高, Cu濃度在水庫上游和橋北養(yǎng)殖區(qū)水體中較高, Fe濃度在水庫上游水體中較高, Mo和Zn濃度在水庫上游和中游水體中較高. Mn濃度無明顯分布規(guī)律, 且各采樣點(diǎn)濃度差異較小.
采用Spearman相關(guān)系數(shù)分析陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度和pH值的相關(guān)關(guān)系, 結(jié)果如表 2所示.從中可知, 在0.05水平上, Cr與Hg之間、Mo與Zn之間呈顯著正相關(guān), 平均相關(guān)系數(shù)分別為0.309、0.317, 說明這幾種元素之間的地球化學(xué)性質(zhì)相近, 且具有一定的同源性.在0.01水平上, As與Cu之間、Fe與Zn之間呈顯著負(fù)相關(guān), 在0.05水平上, Cd與Mn之間、Hg與Pb之間、Mn與Pb之間呈顯著負(fù)相關(guān), Al和Ni與其他金屬元素之間無顯著性相關(guān)關(guān)系, 說明其來源不同.此外, 水庫水體中金屬元素與水體pH值之間無顯著性相關(guān)關(guān)系, 說明pH不是影響水庫水體中金屬濃度分布的主要影響因子.
2.2 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
由陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素經(jīng)飲用水和皮膚接觸途徑引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果(表 3)可知, 陸渾水庫的金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)較高, 致癌性金屬元素引起的成人和兒童平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)范圍分別為9.96×10-7~2.10×10-4 a-1和1.53×10-6~2.80×10-4 a-1, 風(fēng)險(xiǎn)最大值均超過國(guó)際輻射防護(hù)委員會(huì)ICRP(International Commission on Radiological Protection)推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平5.0×10-5 a-1, 超標(biāo)率分別為33.33%和35.87%.本研究中, 金屬元素經(jīng)飲用水途徑引起的健康風(fēng)險(xiǎn)(5.46×10-12~2.80×10-4 a-1)均大于經(jīng)皮膚接觸途徑引起的健康風(fēng)險(xiǎn)(3.36×10-12~1.98×10-4a-1), 表明飲用水是主要的暴露途徑, 此結(jié)果與Zeng等對(duì)湘江地表水體中金屬元素經(jīng)飲用水、皮膚接觸途徑引起的健康風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)果相似.此外, 金屬元素對(duì)兒童暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)是成人的1.34~1.53倍, 表明與成人相比兒童是更加敏感的風(fēng)險(xiǎn)受體, 這與王若師等對(duì)東江流域典型鄉(xiāng)鎮(zhèn)飲用水源地金屬元素對(duì)成人和兒童造成的健康風(fēng)險(xiǎn)研究結(jié)果一致.
表 3 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素經(jīng)飲用水和皮膚接觸途徑引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)
表 3 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素經(jīng)飲用水和皮膚接觸途徑引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)/a-1 Table 3 Average personal annual health risks caused by the metals by drinking and dermal contact pathways in the drinking water from the Luhun Reservoir/a-1
| 人群 | 項(xiàng)目 | As | Cd | Cr | Al | Cu | Fe | 總風(fēng)險(xiǎn) | |||||||||||
| 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | ||||||||
| 成人 | 最大值 | 4.52E-05 | 2.78E-05 | 3.14E-06 | 1.93E-06 | 2.10E-04 | 1.29E-04 | 2.71E-07 | 1.67E-07 | 6.30E-10 | 3.87E-10 | 5.35E-11 | 3.29E-11 | 3.41E-04 | |||||
| 最小值 | 1.67E-05 | 1.03E-05 | 1.62E-06 | 9.96E-07 | 1.60E-04 | 9.84E-05 | 1.21E-07 | 7.46E-08 | 2.24E-10 | 1.38E-10 | 9.65E-12 | 5.94E-12 | |||||||
| 平均值 | 2.93E-05 | 1.80E-05 | 2.37E-06 | 1.46E-06 | 1.79E-04 | 1.11E-04 | 1.97E-07 | 1.21E-07 | 4.26E-10 | 2.62E-10 | 2.33E-11 | 1.43E-11 | |||||||
| Hg | Mn | Mo | Ni | Pb | Zn | ||||||||||||||
| 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | ||||||||
| 最大值 | 1.39E-10 | 8.55E-11 | 6.58E-12 | 4.05E-12 | 1.81E-08 | 1.12E-08 | 2.69E-10 | 1.65E-10 | 3.21E-10 | 1.98E-10 | 2.55E-11 | 1.57E-11 | |||||||
| 最小值 | 3.61E-12 | 2.22E-12 | 5.46E-12 | 3.36E-12 | 1.61E-08 | 9.89E-09 | 3.39E-11 | 2.08E-11 | 2.36E-10 | 1.45E-10 | 3.78E-12 | 2.32E-12 | |||||||
| 平均值 | 4.78E-11 | 2.94E-11 | 6.08E-12 | 3.74E-12 | 1.69E-08 | 1.04E-08 | 1.77E-10 | 1.09E-10 | 2.73E-10 | 1.68E-10 | 1.40E-11 | 8.58E-12 | |||||||
| 人群 | As | Cd | Cr | Al | Cu | Fe | 總風(fēng)險(xiǎn) | ||||||||||||
| 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | ||||||||
| 兒童 | 最大值 | 6.05E-05 | 4.26E-05 | 4.21E-06 | 2.96E-06 | 2.80E-04 | 1.98E-04 | 3.63E-07 | 2.56E-07 | 8.43E-10 | 5.93E-10 | 7.16E-11 | 5.03E-11 | 4.81E-04 | |||||
| 最小值 | 2.24E-05 | 1.58E-05 | 2.17E-06 | 1.53E-06 | 2.13E-04 | 1.50E-04 | 1.62E-07 | 1.14E-07 | 3.00E-10 | 2.11E-10 | 1.29E-11 | 9.09E-12 | |||||||
| 平均值 | 3.92E-05 | 2.76E-05 | 3.18E-06 | 2.24E-06 | 2.40E-04 | 1.69E-04 | 2.63E-07 | 1.85E-07 | 5.71E-10 | 4.02E-10 | 3.12E-11 | 2.19E-11 | |||||||
| Hg | Mn | Mo | Ni | Pb | Zn | ||||||||||||||
| 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | 飲用水 | 皮膚 | ||||||||
| 最大值 | 1.86E-10 | 1.31E-10 | 8.81E-12 | 6.20E-12 | 2.43E-08 | 1.71E-08 | 3.60E-10 | 2.53E-10 | 4.30E-10 | 3.03E-10 | 3.42E-11 | 2.40E-11 | |||||||
| 最小值 | 4.84E-12 | 3.40E-12 | 7.31E-12 | 5.14E-12 | 2.15E-08 | 1.52E-08 | 4.54E-11 | 3.19E-11 | 3.16E-10 | 2.22E-10 | 5.06E-12 | 3.56E-12 | |||||||
| 平均值 | 6.40E-11 | 4.50E-11 | 8.14E-12 | 5.73E-12 | 2.26E-08 | 1.59E-08 | 2.37E-10 | 1.66E-10 | 3.65E-10 | 2.57E-10 | 1.87E-11 | 1.31E-11 | |||||||
非致癌性金屬元素經(jīng)飲用水和皮膚接觸途徑引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)大小表現(xiàn)為Al>Mo>Cu>Pb>Ni>Hg>Fe>Zn>Mn, 風(fēng)險(xiǎn)水平集中在10-12~10-7 a-1, 健康風(fēng)險(xiǎn)均低于致癌性金屬元素引起的健康風(fēng)險(xiǎn)(相差3~5個(gè)數(shù)量級(jí)).其中, Al和Mo引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于其他元素, 健康風(fēng)險(xiǎn)分別占非致癌性金屬總風(fēng)險(xiǎn)的91.67%和7.88%.因此, 在非致癌性金屬元素中, Al和Mo應(yīng)作為優(yōu)先控制污染物.
3 討論
近幾十年來, 陸渾水庫周邊分布的鉬礦和其他金屬礦(鉛礦、鋅礦、金礦、鐵礦等)采選企業(yè)礦業(yè)活動(dòng)十分密集, 而礦山開采、選礦、尾礦庫堆積和礦山排水等過程皆易造成產(chǎn)生的金屬廢氣、廢水和廢渣通過大氣沉降、廢水排放和地表徑流等途徑進(jìn)入周邊的土壤和水體中.有研究表明, 鉬礦的采選常導(dǎo)致周邊環(huán)境As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb和Zn的污染, 不同種類的鉬礦造成的污染也存在不同.相關(guān)性分析結(jié)果表明Mo和Zn之間具有顯著正相關(guān)性, 且兩種元素高濃度區(qū)域與鉬礦的分布具有一致性, 由此推測(cè)水庫水體中Mo和Zn的來源與周邊鉬礦及鉬礦采選企業(yè)有密切關(guān)系.陸渾水庫上游流域內(nèi)牛、羊、豬、雞等家禽散養(yǎng)總數(shù)約120萬頭, 并呈逐年上升趨勢(shì), 而畜禽飼料及糞便中含有As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn等重金屬, 由此推測(cè)水庫上游水體中Cd、Cu、Fe和Ni濃度較高可能與畜禽養(yǎng)殖和其他金屬礦的采選等污染源有關(guān).考慮到陸渾水庫周邊分布的污水處理廠、數(shù)家造紙企業(yè)等工業(yè)企業(yè)在廢水處理的過程中使用的是含鋁鹽的絮凝劑, 使用量較大, 推測(cè)工業(yè)企業(yè)廢水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的高濃度含Al廢水是水庫水體中Al的一個(gè)重要來源.
據(jù)調(diào)查, 陸渾水庫流域上游和東南側(cè)分布著大量農(nóng)田, 農(nóng)藥、化肥使用量較大, 其中水庫流域上游農(nóng)藥施用量約250 t·a-1, 化肥施用量約1×104 t·a-1, 水庫東南側(cè)耕地約225 hm2, 農(nóng)藥施用量約0.63 t·a-1, 而農(nóng)藥、化肥的連續(xù)施用會(huì)增加土壤中As、Cd、Cr和Hg等元素的含量, 這些金屬元素可以隨地表徑流進(jìn)入周邊水體.考慮到Cr和Hg濃度在水庫東南側(cè)水體中較高, 且Cr和Hg之間呈顯著正相關(guān), 由此推測(cè)水庫水體中Cr和Hg的來源與農(nóng)藥、化肥的施用有密切關(guān)系.陸渾水庫中、下游網(wǎng)箱養(yǎng)魚約20余處, 每處面積為25~60 m2, 一般養(yǎng)魚的網(wǎng)箱中會(huì)加掛CuSO4晶體, 靠Cu2+來達(dá)到殺菌的目的, 由此推測(cè)橋北養(yǎng)殖區(qū)水體中Cu濃度較高可能與網(wǎng)箱養(yǎng)魚有很大關(guān)系, 這與徐夢(mèng)等的研究結(jié)果一致.近年來, 隨著游客數(shù)量不斷增加, 陸渾水庫周邊的住宿和餐飲業(yè)迅速發(fā)展, 水庫下游水體中As和Pb濃度較高可能分別與較多生活污水和旅游觀光車船產(chǎn)生含Pb廢氣的排放有關(guān), 這與馬迎群等和徐美娟等的研究結(jié)果相似.根據(jù)相關(guān)性分析結(jié)果, Mn與Cd、Pb之間呈顯著的負(fù)相關(guān)性, 說明Mn與Cd、Pb的來源不同, 而Cd和Pb主要為人為源, 說明Mn主要為自然源.根據(jù)以上分析, 推測(cè)水庫周邊地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)(采礦、選礦、造紙等)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(種植、養(yǎng)殖等)、生活污水和旅游觀光等人為活動(dòng)及自然因素是陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素的主要來源, 尤其是水庫上游金屬礦采選企業(yè)的生產(chǎn)對(duì)水庫水體的影響較大.
根據(jù)陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度(表 1)及引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)(表 3), 陸渾水庫飲用水源地水體中Mo濃度遠(yuǎn)大于As和Cr濃度, 而在健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中, Mo引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)均低于ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平5.0×10-5 a-1, Cr引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)和As引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)中部分值超過最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平, 成為健康風(fēng)險(xiǎn)的主要來源, 這可能與不同元素的毒性大小不同有關(guān).此外, As和Cr濃度均未超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值, 而引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)超過最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平, 表明雖然水質(zhì)評(píng)價(jià)可以得到準(zhǔn)確的水質(zhì)狀況及其污染程度, 但無法直觀地反映污染物對(duì)人體健康危害的風(fēng)險(xiǎn)程度, 在一定程度上弱化了未超標(biāo)的有毒有害因子對(duì)人群健康可能造成的危害.因此, 將健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與水質(zhì)評(píng)價(jià)相結(jié)合有利于更全面地掌握飲用水源地水環(huán)境質(zhì)量和安全情況.
本研究采用了美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)陸渾水庫飲用水源地水體中金屬潛在健康風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行了評(píng)估, 沒有考慮水庫周邊居民接觸使用的水體中金屬濃度經(jīng)自來水廠等的處理后變小, 實(shí)際上高估了金屬暴露的風(fēng)險(xiǎn).本研究只考慮了飲用水暴露和皮膚接觸暴露途徑, 沒有考慮食物攝入等其他途徑, 所以本研究還有待深入探討.考慮到陸渾水庫飲用水源地水體中Mo污染嚴(yán)重, 因此, 應(yīng)定期對(duì)陸渾水庫飲用水源地水體進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè), 加強(qiáng)對(duì)水庫上游工礦企業(yè)污染物外排情況的監(jiān)管, 采取相應(yīng)的措施防止工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水等對(duì)水體造成更嚴(yán)重的污染.
4 結(jié)論
(1) 依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749-2006)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限值, 陸渾水庫飲用水源地水體中Al最大濃度和Mo所有濃度均有超標(biāo)現(xiàn)象, 超標(biāo)率分別為4.35%和100%, Mo濃度超過標(biāo)準(zhǔn)限值2.16~2.44倍, 而As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn濃度均未超標(biāo).
(2) 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明, 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素引起的平均個(gè)人年健康風(fēng)險(xiǎn)大小依次為Cr>As>Cd>Al>Mo>Cu>Pb>Ni>Hg>Fe>Zn>Mn, 致癌性金屬元素平均健康風(fēng)險(xiǎn)占總風(fēng)險(xiǎn)的99.90%以上, Cr的平均健康風(fēng)險(xiǎn)占致癌性金屬總風(fēng)險(xiǎn)的85.00%.與此同時(shí), 兒童暴露劑量明顯高于成人暴露劑量, 金屬元素經(jīng)飲用水途徑引起的健康風(fēng)險(xiǎn)均高于皮膚接觸途徑.致癌性金屬Cr和As平均健康風(fēng)險(xiǎn)超過ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平, 超標(biāo)率分別為100%和3.80%, 而Cd低于最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平, Cr和As是陸渾水庫飲用水源地水體的主要致癌污染因子; 非致癌性金屬元素引起的健康風(fēng)險(xiǎn)集中在10-12~10-7 a-1, 比最大可接受風(fēng)險(xiǎn)水平低2~7個(gè)數(shù)量級(jí), 在非致癌性金屬元素中, Al和Mo應(yīng)作為優(yōu)先控制污染物.具體聯(lián)系污水寶或參見http://www.bnynw.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
(3) 陸渾水庫飲用水源地水體中金屬濃度有較明顯的地域分布特征, 高值區(qū)域主要集中在水庫上游和下游.水庫周邊地區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)(采礦、選礦、造紙等)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(種植、養(yǎng)殖等)、生活污水和旅游觀光等人為活動(dòng)及自然因素是陸渾水庫飲用水源地水體中金屬元素的主要來源, 水庫上游金屬礦采選企業(yè)的生產(chǎn)對(duì)水庫水體的影響較大.
