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小微水体是对流域面积较小的一类溪、塘、沟、渠、小型景观水体的统称。作为水环境“毛细血管”的小微水体,通常具有流域面积小、分布广、易受污染、水体流动性差、水质不理想、水体感官不佳等特征。目前针对小微水体常规指标的研究已有少量报道,但对重金属的现状调查研究却很少。
因此,本研究以金东区新塘、井头沿、赤松溪3处农村小微水体和沉积物中的重金属元素作为研究对象,2017年11月至2018年10月连续一年时间进行密切关注及科学采样,测定铜、锌、铬、镉、铅、汞和砷共7种重金属指标,定量分析重金属时空上的变化特征,综合水质质量指数、内梅罗综合污染指数法、皮肤接触途径的健康风险评价法对水体重金属现状进行评价,对比评价结果差异。采用地累积指数、污染负荷指数结合潜在生态风险指数法对沉积物中重金属风险进行评估,并通过皮尔逊相关性分析对重金属来源及成因进行分析,为今后小微水体重金属的累积防控提供理论依据。本研究主要得出以下结论:
(1)新塘、井头沿小微水体中的超标重金属元素相同,仅铅、汞元素浓度超过地表水环境质量Ⅲ类标准;铜、锌、铬、镉、砷元素处于较低水平,在浓度变化范围上存在一定差异。赤松溪水体中仅汞元素超标,其他金属元素的平均浓度低于新塘和井头沿。整体而言,重金属的平均浓度分布趋势为:新塘>井头沿>赤松溪。
(2)沉积物中的重金属平均浓度高低变化表现为:锌>铬>铅>铜>砷>镉>汞。与浙江省金衢地区土壤环境背景值相比,铜、锌、铬、镉、汞元素浓度均在不同程度上超过背景值。与土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)中风险筛选值(pH>7.5)相比,仅铬、铜元素浓度超标。
(3)采用3种不同水质评价方法,评价结果差异较明显。水质质量指数评价结果表明新塘、井头沿、赤松溪的水体无污染(水质质量指数均小于1)。内梅罗综合污染指数结果表明3处小微水体都开始受到铅元素污染;汞元素在新塘、井头沿水体中均呈现中度污染状态;其余重金属元素处于清洁状态。经皮肤接触途径的健康风险评价结果显示:新塘的致癌、非致癌风险最高,其次是井头沿,赤松溪最低。儿童的各项风险值都高于成人,符合美国环境保护署发布的年最大可接受风险水平(1.0×10-4)。
(4)沉积物中重金属的地累积指数法、污染负荷指数法评价结果基本一致:即镉、铜、铅元素为主要污染因子,锌、汞为次要污染因子,其他重金属元素在研究期间未表现出污染状况。而在潜在生态风险评价指数法中,只有镉元素的潜在生态风险较重,是主要污染因子,其次是汞元素,达到中度生态风险,其他金属元素与地累积指数、污染负荷指数评价结果一致,表现为低生态风险等级。
(5)金东区小微水体中的铬、汞元素可能来自于农业污染,农药包装废弃物的不合理利用值得重视;铅、汞元素可能来源于空气污染,汽车尾气排放贡献最大;锌、砷元素主要来源于建筑垃圾,混凝土的直接接触影响较大;铜、镉元素多源于人为活动,畜禽养殖饲料中重金属元素含量较高;铬元素多源于自然界。结合现状分析,从源头控制、过程控制、末端治理三方面提出相关防控对策,从水域、岸边及辅助设施构建等方面设计生态治理方案,以实现小微水体的生态可持续发展,营造安全舒适的人居环境。
因此,本研究以金东区新塘、井头沿、赤松溪3处农村小微水体和沉积物中的重金属元素作为研究对象,2017年11月至2018年10月连续一年时间进行密切关注及科学采样,测定铜、锌、铬、镉、铅、汞和砷共7种重金属指标,定量分析重金属时空上的变化特征,综合水质质量指数、内梅罗综合污染指数法、皮肤接触途径的健康风险评价法对水体重金属现状进行评价,对比评价结果差异。采用地累积指数、污染负荷指数结合潜在生态风险指数法对沉积物中重金属风险进行评估,并通过皮尔逊相关性分析对重金属来源及成因进行分析,为今后小微水体重金属的累积防控提供理论依据。本研究主要得出以下结论:
(1)新塘、井头沿小微水体中的超标重金属元素相同,仅铅、汞元素浓度超过地表水环境质量Ⅲ类标准;铜、锌、铬、镉、砷元素处于较低水平,在浓度变化范围上存在一定差异。赤松溪水体中仅汞元素超标,其他金属元素的平均浓度低于新塘和井头沿。整体而言,重金属的平均浓度分布趋势为:新塘>井头沿>赤松溪。
(2)沉积物中的重金属平均浓度高低变化表现为:锌>铬>铅>铜>砷>镉>汞。与浙江省金衢地区土壤环境背景值相比,铜、锌、铬、镉、汞元素浓度均在不同程度上超过背景值。与土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(GB15618-2018)中风险筛选值(pH>7.5)相比,仅铬、铜元素浓度超标。
(3)采用3种不同水质评价方法,评价结果差异较明显。水质质量指数评价结果表明新塘、井头沿、赤松溪的水体无污染(水质质量指数均小于1)。内梅罗综合污染指数结果表明3处小微水体都开始受到铅元素污染;汞元素在新塘、井头沿水体中均呈现中度污染状态;其余重金属元素处于清洁状态。经皮肤接触途径的健康风险评价结果显示:新塘的致癌、非致癌风险最高,其次是井头沿,赤松溪最低。儿童的各项风险值都高于成人,符合美国环境保护署发布的年最大可接受风险水平(1.0×10-4)。
(4)沉积物中重金属的地累积指数法、污染负荷指数法评价结果基本一致:即镉、铜、铅元素为主要污染因子,锌、汞为次要污染因子,其他重金属元素在研究期间未表现出污染状况。而在潜在生态风险评价指数法中,只有镉元素的潜在生态风险较重,是主要污染因子,其次是汞元素,达到中度生态风险,其他金属元素与地累积指数、污染负荷指数评价结果一致,表现为低生态风险等级。
(5)金东区小微水体中的铬、汞元素可能来自于农业污染,农药包装废弃物的不合理利用值得重视;铅、汞元素可能来源于空气污染,汽车尾气排放贡献最大;锌、砷元素主要来源于建筑垃圾,混凝土的直接接触影响较大;铜、镉元素多源于人为活动,畜禽养殖饲料中重金属元素含量较高;铬元素多源于自然界。结合现状分析,从源头控制、过程控制、末端治理三方面提出相关防控对策,从水域、岸边及辅助设施构建等方面设计生态治理方案,以实现小微水体的生态可持续发展,营造安全舒适的人居环境。