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(lèi)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(duì)生態(tài)和健康有著重要影響。2011年4月，國(guó)務(wù)院正式批復(fù)了我國(guó)第一個(gè)“十二五”專(zhuān)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(lèi)金屬砷等5種重金屬。近些年，隨著我國(guó)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(píng)價(jià)金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)已成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重大科技需求。目前我國(guó)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(méi)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(kāi)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(duì)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(lèi)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(píng)估、效應(yīng)評(píng)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(guó)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(duì)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(guó)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(duì)水生生物的毒性效應(yīng)機(jī)制研究進(jìn)展

　　摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和人民生活水平的日益提高，由此產(chǎn)生的環(huán)境污染問(wèn)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(zhǎng)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(guò)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(duì)水生生物造成極大影響，還嚴(yán)重威脅人類(lèi)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(duì)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(duì)水生生物生態(tài)毒性效應(yīng)的未來(lái)研究重點(diǎn)和方向，為重金屬對(duì)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(píng)估研究提供重要理論依據(jù)。

　　表1 水體重金屬來(lái)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(píng)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(píng)價(jià)仍是以室內(nèi)簡(jiǎn)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(cè)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(píng)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(wú)法揭示污染物的效應(yīng)過(guò)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(píng)估。概述了近年來(lái)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(cè)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面的應(yīng)用研究進(jìn)展，并對(duì)TK-TD模型的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

　　三、不同水體硬度條件下鋅對(duì)本土水生生物急性毒性的影響

　　摘要：選取8種我國(guó)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(duì)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(duì)鋅毒性效應(yīng)增加;低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物對(duì)鋅毒性相對(duì)敏感性變化程度較大，而高營(yíng)養(yǎng)級(jí)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(jiàn)，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(duì)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(píng)估典型水環(huán)境因子對(duì)銅毒性的影響

　　摘要：評(píng)估典型水環(huán)境因子對(duì)金屬毒性的影響對(duì)水質(zhì)基準(zhǔn)預(yù)測(cè)及修正具有重要意義。通過(guò)文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)研，收集了我國(guó)主要流域地表水硬度、DOC含量、pH等指標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)。同時(shí)以斑馬魚(yú)為研究對(duì)象，開(kāi)展了水體不同硬度、DOC含量、pH值等條件下Cu2+對(duì)斑馬魚(yú)毒性變化研究。結(jié)果表明：我國(guó)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(duì)斑馬魚(yú)毒性呈顯著線性關(guān)系，可用一級(jí)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(duì)斑馬魚(yú)的毒性變化程度，得出DOC含量為我國(guó)主要流域地表水水環(huán)境因子中銅對(duì)斑馬魚(yú)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(zhǎng)江口近10年上覆水Cu負(fù)荷演變特征分析

　　摘要：以長(zhǎng)江口為研究區(qū)域，基于野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析近10年來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Mann-Kendall法對(duì)其進(jìn)行趨勢(shì)分析，以及運(yùn)用R/S分析法預(yù)測(cè)Cu濃度的未來(lái)變化特征。結(jié)果表明：1)近10年來(lái)，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(shì)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(zhǎng)江口水域Cu濃度總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。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(lái)將呈上升趨勢(shì)，與過(guò)去總體趨勢(shì)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(guò)去相同的變化趨勢(shì)。

　　六、硅烷化赤泥的制備及其對(duì)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(duì)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(guò)SEM、XRD、BET、元素分析、FTIR、熱重分析等手段對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的飽和吸附量為361 mg/g。吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Freundlich吸附等溫模型，熱力學(xué)數(shù)據(jù)說(shuō)明該吸附是吸熱、自發(fā)的過(guò)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(duì)電子，可通過(guò)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(duì)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(duì)照相比，人工濕地對(duì)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(duì)重金屬去除影響順序依次為GLDA>CA>未處理，人工濕地對(duì)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(zhǎng)了158.65%和172.89%，大于對(duì)照組的89.14%，說(shuō)明化學(xué)預(yù)處理污泥有利于濕地植物生長(zhǎng)，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(duì)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(píng)價(jià)指數(shù)法對(duì)沉積物重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)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(zhǎng)，洞庭湖沉積物重金屬污染問(wèn)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(píng)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(kāi)發(fā)利用和旅游業(yè)等第二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)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(guò)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(píng)價(jià)

　　摘要：為評(píng)價(jià)環(huán)南四湖區(qū)地下水中重金屬對(duì)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(cè)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(guó)環(huán)保署 (USEPA) 推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型對(duì)其通過(guò)飲水和皮膚暴露途徑所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)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(píng)價(jià)結(jié)果表明：重金屬對(duì)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(guò)飲水暴露途徑對(duì)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(duì)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(píng)價(jià)

　　摘要：在遼河干流共設(shè)置24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，進(jìn)行表層沉積物樣品的采集，測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)法對(duì)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(píng)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(guò)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(píng)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(guó)流域水環(huán)境中銅、鋅的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及管理對(duì)策

　　摘要：銅、鋅是生命體必需的微量元素，但超過(guò)一定的量會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生毒害作用。近年來(lái)的研究表明：在中國(guó)的一些典型流域水體中，銅、鋅相對(duì)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?guó)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(duì)銅、鋅的敏感性遠(yuǎn)大于人體的敏感性，從而導(dǎo)致其對(duì)水生生物存在較高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。基于此，提出對(duì)流域水環(huán)境中銅、鋅的污染應(yīng)采取針對(duì)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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