仁源水處理藥劑生產(chǎn)廠家聚合氯化鋁PAC金屬的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境管理研究進(jìn)展

　　仁源水處理藥劑廠家聚合氯化鋁PAC金屬的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境管理研究進(jìn)展。金屬是影響生態(tài)環(huán)境和健康的一類重要污染物，它的生物毒性效應(yīng)顯著，易引發(fā)急性和慢性毒性，對生態(tài)和健康有著重要影響。2011年4月，國務(wù)院正式批復(fù)了我國第一個(gè)“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，力求控制鉛、汞、鉻、鎘和類金屬砷等5種重金屬。近些年，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，區(qū)域性金屬環(huán)境污染事件頻發(fā)，科學(xué)評價(jià)金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已成為我國環(huán)境保護(hù)的重大科技需求。目前我國現(xiàn)行的《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)采取的是高功能水質(zhì)嚴(yán)于低功能水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的原則，便于操作管理，但是并沒有明確具體的保護(hù)受體。因此，近期已由生態(tài)環(huán)境部牽頭，開始啟動(dòng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的修訂工作。目的就是對該標(biāo)準(zhǔn)中涉及的24項(xiàng)基本指標(biāo)以及其他指標(biāo)進(jìn)行修訂，其中就包含8種金屬/類金屬。金屬水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)包括金屬環(huán)境行為、暴露評估、效應(yīng)評估、基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)制定到污染防治的全鏈條理論技術(shù)體系。

　　仁源水處理材料從金屬的環(huán)境行為、毒性效應(yīng)、污染防治、基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)以及環(huán)境管理的角度詳細(xì)介紹了我國水環(huán)境重金屬的基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)研究技術(shù)體系，并選擇了數(shù)篇投稿論文，分別從金屬生物有效性、遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、污染防治、管理對策等方面，代表性地介紹了重金屬基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)研究進(jìn)展，以期為我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的修訂奠定基礎(chǔ)。

　　一、重金屬對水生生物的毒性效應(yīng)機(jī)制研究進(jìn)展

　　摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長和人民生活水平的日益提高，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問題也日益突出，其中水體重金屬污染由于其具有危害大、分布廣、持續(xù)長等特點(diǎn)而備受社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。重金屬污染物通過干、濕沉降等各種途徑隨著生活污水和工業(yè)廢水等進(jìn)入水體，不僅對水生生物造成極大影響，還嚴(yán)重威脅人類的身體健康。綜述了水體重金屬的污染現(xiàn)狀，以及水體重金屬對水生生物的生態(tài)毒性效應(yīng)及其機(jī)制，并展望了重金屬對水生生物生態(tài)毒性效應(yīng)的未來研究重點(diǎn)和方向，為重金屬對水生生物的生態(tài)毒性效應(yīng)進(jìn)一步研究和水體重金屬污染的環(huán)境治理提供參考，同時(shí)可為重金屬的水質(zhì)基準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)評估研究提供重要理論依據(jù)。

　　表1 水體重金屬來源和危害

　　二、毒代-毒效動(dòng)力學(xué)模型及其在金屬水生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估中的應(yīng)用研究進(jìn)展

　　摘要：金屬污染呈現(xiàn)出復(fù)合性、空間時(shí)間可變性、受環(huán)境因素等影響的特點(diǎn)。目前金屬的水質(zhì)基準(zhǔn)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)仍是以室內(nèi)簡化暴露條件(單一金屬恒定濃度短期暴露)下的毒性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，忽視了實(shí)際環(huán)境中復(fù)雜的暴露特征，從而增加了重金屬毒性預(yù)測與風(fēng)險(xiǎn)評估的不確定性。污染物的環(huán)境效應(yīng)模型是環(huán)境基準(zhǔn)和風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)和核心技術(shù)，目前常用的濃度(劑量)-效應(yīng)模型是基于靜態(tài)的統(tǒng)計(jì)關(guān)系所建立的，無法揭示污染物的效應(yīng)過程，也不能有效進(jìn)行復(fù)雜暴露條件下的生態(tài)效應(yīng)評估。概述了近年來在環(huán)境與生態(tài)毒理學(xué)領(lǐng)域逐漸被廣泛關(guān)注的毒代-毒效動(dòng)力學(xué)(toxicokinetics-toxicodynamics，TK-TD)模型的基本概念及構(gòu)建理論與方法，介紹了TK-TD模型在水環(huán)境重金屬毒性預(yù)測及風(fēng)險(xiǎn)評估方面的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對TK-TD模型的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

　　三、不同水體硬度條件下鋅對本土水生生物急性毒性的影響

　　摘要：選取8種我國本土受試動(dòng)物，在不同水體硬度(0～500 mg/L)下，探究鋅的急性毒性變化，同時(shí)對鋅的物種敏感度分布進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著硬度的降低，水生生物對鋅毒性效應(yīng)增加;低營養(yǎng)級生物對鋅毒性相對敏感性變化程度較大，而高營養(yǎng)級生物敏感性變化程度更小;物種敏感度分布法推導(dǎo)的5%生物短期毒性危害濃度HC5分別為：7.1 μg/L(硬度為0 mg/L)、63 μg/L(硬度為50 mg/L)、67 μg/L(硬度為100 mg/L)、230 μg/L(硬度為250 mg/L)、367 μg/L(硬度為400 mg/L)和476 μg/L(硬度為500 mg/L)。可見，不同硬度條件下鋅的短期危害濃度會(huì)有顯著性差異。因此，在研究鋅毒性效應(yīng)和制定鋅的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不僅要考慮其毒性劑量效應(yīng)關(guān)系，還應(yīng)考慮水體中硬度對鋅的生物有效性的影響。

　　表1 不同硬度下鋅的急性值(LC50/EC50)

　　四、基于累積概率分布法評估典型水環(huán)境因子對銅毒性的影響

　　摘要：評估典型水環(huán)境因子對金屬毒性的影響對水質(zhì)基準(zhǔn)預(yù)測及修正具有重要意義。通過文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫調(diào)研，收集了我國主要流域地表水硬度、DOC含量、pH等指標(biāo)的測量數(shù)據(jù)。同時(shí)以斑馬魚為研究對象，開展了水體不同硬度、DOC含量、pH值等條件下Cu2+對斑馬魚毒性變化研究。結(jié)果表明：我國主要流域地表水硬度、DOC含量和pH值等指標(biāo)的變化范圍分別為27.6～1007.3 mg/L，0.64～45.17 mg/L和6.83～9.49;硬度和DOC含量與Cu2+對斑馬魚毒性呈顯著線性關(guān)系，可用一級線性方程擬合;選取水體硬度、DOC含量和pH等因子5%和50%累積概率的值，比較各因子相同累積概率區(qū)間范圍內(nèi)Cu2+對斑馬魚的毒性變化程度，得出DOC含量為我國主要流域地表水水環(huán)境因子中銅對斑馬魚毒性的最大影響因素。研究結(jié)果可為金屬的水質(zhì)基準(zhǔn)的制修訂提供參考。

　　五、長江口近10年上覆水Cu負(fù)荷演變特征分析

　　摘要：以長江口為研究區(qū)域，基于野外監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析近10年來徐六涇水域(A區(qū))、東風(fēng)西沙水源區(qū)(B區(qū))、石洞口水域(C區(qū))、南港水域(D區(qū))、北港水域(E區(qū))、啟東港水域(F區(qū))6個(gè)水域中溶解態(tài)Cu的監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)用Mann-Kendall法對其進(jìn)行趨勢分析，以及運(yùn)用R/S分析法預(yù)測Cu濃度的未來變化特征。結(jié)果表明：1)近10年來，A—E 5個(gè)水域中Cu濃度均處于較低水平，平均濃度分別為0.005，0.005，0.006，0.004，0.004 mg/L，而F區(qū)中Cu濃度變化較不穩(wěn)定，2014年前Cu濃度處于較高水平，此后恢復(fù)低水平狀態(tài)，總體波動(dòng)較大，平均濃度為0.0189 mg/L。2)在Mann-Kendall法趨勢分析中，總體而言，在研究時(shí)期內(nèi)，6個(gè)水域的分析結(jié)果UF基本<0，即長江口水域Cu濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢。3)在R/S法分析中，A區(qū)時(shí)間序列的Hurst指數(shù)為0.3944<0.5，表明Cu濃度未來將呈上升趨勢，與過去總體趨勢相反。其余5個(gè)水域時(shí)間序列的Hurst指數(shù)均>0.5，即Cu濃度持續(xù)平緩下降，具有與過去相同的變化趨勢。

　　六、硅烷化赤泥的制備及其對水中鉛離子吸附性能分析

　　摘要：采用濃鹽酸、3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)依次對赤泥進(jìn)行處理、改性，制備出1種去除率高、吸附量大、吸附效果好的重金屬離子吸附劑。通過SEM、XRD、BET、元素分析、FTIR、熱重分析等手段對其進(jìn)行表征，并探究溶液pH、吸附劑投加量以及吸附溫度等條件對水溶液中Pb2+吸附效果的影響。結(jié)果表明：經(jīng)濃鹽酸酸浸和有機(jī)改性后，拜耳法赤泥比表面積顯著增大且氨基成功嫁接到赤泥表面。硅烷化赤泥對鉛的吸附時(shí)間在80 min達(dá)到平衡，其最佳吸附pH為6，最佳吸附劑投加量為2 g/L，對應(yīng)的飽和吸附量為361 mg/g。吸附過程符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型和Freundlich吸附等溫模型，熱力學(xué)數(shù)據(jù)說明該吸附是吸熱、自發(fā)的過程。同時(shí)經(jīng)XPS光譜分析證實(shí)，吸附機(jī)理主要是硅烷化赤泥表面嫁接氨基，氨基上的氮原子存在孤對電子，可通過與Pb2+的螯合作用而有效去除Pb2+。

　　表1 酸浸前后樣品元素分析

　　七、化學(xué)預(yù)處理-人工濕地聯(lián)合處理污泥中重金屬

　　摘要：使用化學(xué)預(yù)處理聯(lián)合人工濕地處理污泥重金屬，考察了檸檬酸(CA)和谷氨酸N,N-二乙酸(GLDA)處理對人工濕地去除污泥重金屬效果的影響。結(jié)果表明：與原污泥對照相比，人工濕地對化學(xué)預(yù)處理污泥重金屬Cd、Cu、Pb和Ni的去除率分別增加了60.19%、34.29%、37.22%和25.51%。方差和差異性分析結(jié)果表明：預(yù)處理對重金屬去除影響順序依次為GLDA>CA>未處理，人工濕地對污泥重金屬去除效果依次為Ni>Cu>Cd>Pb，CA和GLDA預(yù)處理系統(tǒng)中的植物量，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)較初始分別增長了158.65%和172.89%，大于對照組的89.14%，說明化學(xué)預(yù)處理污泥有利于濕地植物生長，從而促進(jìn)污泥重金屬的去除。

　　八、沉積物重金屬累積特征與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的響應(yīng)關(guān)系

　　摘要：為闡明社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對沉積物重金屬濃度變化的驅(qū)動(dòng)作用，研究基于洞庭湖流域2003—2017年的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和沉積物重金屬數(shù)據(jù)，采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指數(shù)法對沉積物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，結(jié)合EKC模型反映目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展與洞庭湖沉積物重金屬之間的宏觀關(guān)系，并建立洞庭湖流域主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與重金屬污染的響應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明：隨著洞庭湖經(jīng)濟(jì)的增長，洞庭湖沉積物重金屬污染問題突出，其中Cd污染最嚴(yán)重，均值為3.83 mg/kg，其次是Hg，均值為0.20 mg/kg;潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明：Cd、Hg的風(fēng)險(xiǎn)最高，2種金屬風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)率高達(dá)92.25%，為主要污染元素;基于EKC模型擬合結(jié)果可知，沉積物重金屬整體污染程度及其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)將持續(xù)加劇;而工業(yè)發(fā)展、有色礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用和旅游業(yè)等第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對Cd、Hg的影響顯著。因此，嚴(yán)格控制第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中入湖污染物的重金屬含量是減少洞庭湖沉積物重金屬污染的關(guān)鍵。

　　九、環(huán)南四湖區(qū)地下水中重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

　　摘要：為評價(jià)環(huán)南四湖區(qū)地下水中重金屬對人體健康的潛在危害，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 (ICP-OES)測定環(huán)南四湖區(qū)35個(gè)地下水體中重金屬 Cd、Cr、Fe、Mn、Zn的含量水平,并采用美國環(huán)保署 (USEPA) 推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型對其通過飲水和皮膚暴露途徑所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明：地下水中重金屬Cd、Cr、Fe、Mn、Zn含量分別為0.28，13.56，0.88，1.43，2.27 μg/L，其中重金屬Cr是該地區(qū)地下水中的主要污染物，超標(biāo)率為90.2%。健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明：重金屬對成人的致癌風(fēng)險(xiǎn)高于兒童，飲水暴露途徑產(chǎn)生的致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于皮膚暴露途徑，5種重金屬的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)順序?yàn)镃r>Cd>Mn>Fe>Zn。重金屬Cr、Cd通過飲水暴露途徑對成人和兒童產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)值分別為1.10×10-4、2.95×10-5和2.91×10-5、7.75×10-6，研究表明該地區(qū)飲水和用水途徑下重金屬對人體不會(huì)產(chǎn)生明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)。

　　十、遼河干流沉積物重金屬污染特征及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

　　摘要：在遼河干流共設(shè)置24個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位，進(jìn)行表層沉積物樣品的采集，測定沉積物樣品中Cr、Ni、Zn、Pb、Cu和As的濃度，并在此基礎(chǔ)上，采用單因子污染指數(shù)法、富集系數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)法對沉積物中重金屬污染狀況和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)。結(jié)果表明：沉積物中6種元素平均濃度順序?yàn)镃r>Zn>Cu>Ni>Pb>As，但均未超過GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》中的標(biāo)準(zhǔn)值，且沉積物中Pb、Zn、Cu、Ni和Cr的濃度相比南方部分省份河流較低。各種重金屬的富集程度較低，其中As和Zn處于中度污染程度，Ni、Pb、Cu和Cr處于輕度污染程度。單因子污染指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)結(jié)果表明：遼河干流沉積物中重金屬污染處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，但As存在中度風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位，應(yīng)予以關(guān)注。研究結(jié)果為治理遼河污染，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)和水環(huán)境管理水平提供參考。

　　表1 遼河干流表層沉積物中重金屬濃度的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征

　　表3 遼河干流沉積物潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

　　十一、我國流域水環(huán)境中銅、鋅的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及管理對策

　　摘要：銅、鋅是生命體必需的微量元素，但超過一定的量會(huì)對生物產(chǎn)生毒害作用。近年來的研究表明：在中國的一些典型流域水體中，銅、鋅相對于其他有毒重金屬存在較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，主要是因?yàn)槲覈�銅、鋅的生產(chǎn)量與消費(fèi)量較高，導(dǎo)致其在部分地表水環(huán)境中的濃度較高;同時(shí)，水生生物對銅、鋅的敏感性遠(yuǎn)大于人體的敏感性，從而導(dǎo)致其對水生生物存在較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。基于此，提出對流域水環(huán)境中銅、鋅的污染應(yīng)采取針對性的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，以保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)安全。

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