涉煤综合工业园区灰尘重金属与多环芳烃环境风险及来源研究

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:euufhuhfu
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近几十年来,随着我国各类工业园区的兴起与发展,由此引起的环境问题,引起了相关学者的极大关注。工业活动中产生的污染物种类众多,重金属和多环芳烃(PAHs)是其中重要的两类。环境中的重金属与多环芳烃积累到一定含量,就会对陆地、水域以及海洋生态系统等造成各种不良影响。人类持续暴露于重金属和多环芳烃超标的环境中,会导致包括癌症在内的各种心血管系统、肾脏、肝脏、呼吸系统和神经系统疾病。涉煤综合工业园区以煤炭利用为主要特点,园区产业如煤化工、焦化、热电、冶金、建材(煤渣利用)等大都与煤炭相关。与单一项目的工业场地相比,涉煤综合工业园区生态风险具有多来源、多途径和多敏感目标的特点,这进一步增大了环境风险的复杂性,更容易对环境质量和人体健康产生潜在危害。地表灰尘,既是各种环境污染物的“源”又是污染物的“汇”,对各类污染物的环境行为有着重要影响。因而,涉煤工业园区地表灰尘中重金属及多环芳烃的含量、空间分布、生态风险、健康风险及来源探究已成为环境污染研究的重点科学问题。研究结果可为园区升级改造、优化产业布局、维持环境可持续发展提供依据。本文以陕西省龙门工业园区为研究对象,采集了 167个地表灰尘样品,分别使用原子吸收法(测Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn)和原子荧光法(测As、Hg)测定了 9种重金属元素含量,用修正BCR法对Cd、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn做了形态分析,高效液相色谱法测定了 US EPA优控的16种多环芳烃含量。在此基础上,对该工业园区地表灰尘中重金属与多环芳烃的空间分布、生态风险、健康风险及来源进行探究。主要研究结论如下:(1)所研究的9种重金属含量平均值都超过了陕西省土壤背景值,均存在不同程度的富集。其中,Cr、Cu、Mn、Pb、Zn、As高值区主要集中在钢铁冶炼厂区;Cd含量高值区主要分布在焦化企业附近;Ni除了在钢铁冶炼厂区含量较高以外,在白矾河流域含量也较高;Hg含量高值区在电厂、焦化和钢铁冶炼区。形态分析结果显示,除了 Cd氧化态占比最大外,其余6种重金属Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn均是残渣态含量最高。(2)地累积指数评价结果显示,Cr、Cu、Mn、Ni、Zn和As整体上处于未污染水平,但Pb和Cd处于轻度污染水平,Hg达到了偏中度污染水平。内梅罗综合污染指数为5.64(0.97~79.97),处于重污染水平。污染负荷指数PLI范围在0.54和6.99之间,平均值1.70显示处于偏中度污染水平。污染程度高的样品主要分布在钢铁冶炼、电厂、焦化等企业密集区,表明钢铁冶炼、热电及焦化行业是地表灰尘中重金属污染的主要来源。污染因子Cf评价结果表明Cd最容易迁移,对环境危害也最大。Cu和Cr的Cf小于1,对环境危害较小。从风险评价代码RAC平均值来看,Cu处于低风险,Cr、Ni、Pb和Zn处于中度风险,而Cd和Mn达到高风险。9种重金属元素的综合生态风险指数平均值为390.0(46.2~3680.6),表明样品整体达到强生态风险等级。(3)16 种 PAHs 总量平均为 7.897 mg.kg-1(0.336 mg.kg-1~143.70 mg.kg-1)。4 环PAHs含量最高,占总含量的36.42%。7种致癌PAHs的平均含量为3.520 mg·kg-1,占16种PAHs总量的41.72%;特定燃烧化合物∑COMB含量为5.441 mg·kg-1,占总量的68.90%。煤化工区PAHs含量最高,其次是热电、焦化、洗煤等区域,钢铁冶炼区PAHs含量低于以上区域,说明不同煤炭利用方式对PAHs含量有重要影响。(4)与《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(试行)(GB36600-2018)中第一类用地标准相比,4种多环芳烃(BaA、BaP、BbF、DBahA、IcdP)各有部分样点超过第一类用地筛选值甚至管制值,对人体健康存在不可接受风险。与欧洲农业土壤多环芳烃污染程度分级标准相比,167个样品全都处于不同程度的污染水平。TEQBaP平均值为 989.15 μg·kg-1,变化范围在 35.10 μg·kg-1~22246.65 μg·kg-1之间。与荷兰标准目标TEQBaP参考值32.96 μg·kg-1相比,多环芳烃在所有样点均已超标。内梅罗综合污染指数范围是0.04~12.45,平均值为0.82,整体处于警戒水平。(5)参照US EPA模型,评价了重金属对成人男性、成人女性、儿童几个群体的非致癌风险。从不同途径的暴露量来看,直接摄食是地表灰尘重金属暴露的主要途径。不同重金属非致癌贡献不同,贡献率最大的四种重金属依次是As、Pb、Mn和Cr。9种重金属在所有样点对成人男性、成人女性群体的非致癌风险均小于1。但对于儿童群体,在冶金区和煤化工区分别有13个和1个样品非致癌风险大于1,存在非致癌风险。Cd、Cr、Ni和As单一元素的致癌风险指数及整体致癌风险指数在三个功能区均小于10-6,不存在致癌风险。采用终生致癌风险增量模型计算三个不同功能区多环芳烃对不同人群致癌风险ILCRs和总风险CR。在冶金区,对成人男性、成人女性、男童和女童分别有36.92%、36.92%、29.23%和24.62%的样品CR值介于10-6~10-4之间,存在可耐受风险;在拓展区,对成人男性、成人女性、男童和女童分别有23.91%、23.91%、15.22%和15.22%的样品存在可耐受风险;在煤化工区,对成人男性、成人女性、男童和女童分别有35.71%、35.71%、30.35%和28.57%的样品存在可耐受风险。在三个功能区,不同群体CR平均值由大到小顺序为成人女性>成人男性>男童>女童。对所有群体,煤化工区多环芳烃致癌风险最高,其次是冶金区的热电、焦化厂周围。(6)相关性分析显示,地表灰尘中重金属元素与pH、烧失量相关性较弱或不相关,表明pH与有机质并不是影响地表灰尘中重金属含量的主要因素。16种多环芳烃与有机质含量均存在一定程度的相关性。除了 Acy和Ace外,其余14种多环芳烃与pH有一定程度的相关性,但相关性大都较弱。源解析结果表明,重金属来源中,燃煤、交通、建材等为主的人为源占70.43%,机械制造与燃煤组成的工业源占29.57%。PAHs来源于煤炭热解燃烧等人为源占72.37%,交通运输及原煤中多环芳烃挥发占27.63%。通过对韩城市龙门涉煤综合工业园区地表灰尘重金属与多环芳烃污染的研究,提出了助推工业园区环境可持续发展的相关建议。在冶金区与煤化工区,与企业太近的居民区可考虑搬迁,降低重金属与PAHs对居民健康带来的风险;黄河滩地电厂贮灰场应加强防护,防止煤灰在风力、地面径流等作用下扩散,危害周边环境;煤灰做建筑材料利用时候,应控制添加比例,使其风险降低到可接受范围之内。
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