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探讨不同重金属检测方法对污染场地风险评估的影响

作者:2015-07-21 15:25阅读:文章来源:未知

  目前我国受重金属镉、砷、铬、铅等污染的耕地面积近2000 万hm2,占耕地总面积的1 /6,其中工业三废排放污染耕地占1000 万hm2。在2014年颁布的《HJ25. 1 场地环境调查技术导则》中,重金属作为特征污染物,检测方法以重金属总量为主。然而重金属具有不同的形态、不同的活性,因而对环境和人体健康的影响也不同,定性、定量地检测环境样品中特定元素的形态及含量是评价元素毒性、研究其迁移和转化规律、评判环境风险的重要依据。

  本文以健康风险评估方法为基础,以某重金属污染场地样品为例,比较重金属总量ICP - MS 分析方法及Tessier 五步提取法的差异,探讨两种方法在污染场地评估中的影响,为场地污染管理和控制提供科学依据。

  1 重金属检测方法探讨

  土壤重金属污染一般为多种元素同时作用的复合性污染,影响重金属元素在土壤中的迁移和转化。重金属在进入土壤后,经过溶解- 沉淀、吸附- 解析、络合- 解离和氧化- 还原等物理、化学反应后,最终以水溶态、交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物态、有机化合物态、残渣态等存在于土壤固相中。其中水溶态、可交换态占总量的极少部分,最容易对环境造成影响; 碳酸盐结合态对pH敏感,改变pH 值易使其释放; 铁- 锰氧化态或以凝结物形式存在于颗粒上,或成胶膜覆盖在颗粒上,还原条件下不稳定,易被释放; 有机结合态主要反映人类排放有机污染物的结果,氧化条件下,有机质易降解,导致溶解态微量金属释放; 残渣态主要存在于硅酸盐、原生和次生矿物等晶格中,自然环境中不易被降解。可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化态为环境有效态,有机结合态及残渣态为稳定、低毒、低生物有效性的。

  1. 1 重金属总量检测

  重金属元素分析作为化学分析的一个重要组成部分,其传统分析方法包括分光光度法、火焰与石墨炉原子吸收法、原子荧光光谱法、ICP - OES 发射光谱法等,这些方法各有优缺点。20世纪80 年代发展起来的新型分析测试技术ICP - MS电感耦合等离子体质谱技术则几乎克服了传统方法的大多数缺点,并在此基础上发展起来更加完善、准确和快速的元素分析法。现已被广泛应用于环境、生物、医学、半导体、冶金等分析检测领域。因此选用ICP -MS 方法作为本文总量检测方法。

  1. 2 重金属形态检测

  重金属形态检测主要采用连续提取或逐级提取的方法,是指使用不同提取剂,按照结合程度的高低由弱到强的顺序,对同一重金属元素的不同组分分别进行分离及提取步骤。通过测定与不同组分相互结合的重金属元素含量,对如何正确评价土壤和沉积物中重金属的生态效应十分有帮助,对污染场地的修复工作能起到指导作用。

  2 实验

  2. 1 试剂

  浓硝酸HNO3( CNW,65%,ACS),双氧水H2O2( Sigma,UPS Grade),氢氟酸HF ( Sigma,UPS Grade)。

  2. 2 主要仪器设备

  电感耦合等离子体质谱仪(7500cx,Agilent),配套自动进样器( Integrated Auiosampler, Agilent),冷却循环水装置( Recirculating Chiller,G3292A),真空泵(Edwards,H3GC)。

  2. 3 样品采集

  以某重金属污染场地样品为例,该场地为加工生产重金属配件工厂,存在原材料及废渣露天堆放情况,主要污染物为重金属镉、铅、砷。整个场地共计采集22 个土样,包括表层10 个( 20cm ~30cm)、亚表层10 个(20 ~ 80cm),2 个平行样,地下水污染状况本文不讨论。为简化风险评估过程,对测定土壤中13 种重金属检测筛选出的关注污染物镉、铜、锌3 个指标进行分析比较。

  2. 4 总量检测

  重金属总量选用《GB15618 土壤环境质量标准》三级标准和荷兰土壤及地下水环境标准的土壤干预值,检测结果超过任一标准限值,将被作为潜在关注污染物被筛选出,进行后续的风险评估。

  2. 5 形态检测

  选取广泛使用的Tessier 五步提取法对筛选出的潜在关注污染物进行形态检测。可以看出,重金属有机结合态及稳定态对重金属总量有一定贡献。

  3 健康风险评估

  本文欲探讨风险评估中重金属检测方法不同,对评估结果的影响。简化风险评估过程,假设污染物摄入剂量为吸收剂量。根据场地利用状况,判断为敏感用地,暴露人群选择现场工人,暴露途径主要为土壤口腔摄入、皮肤接触。分别讨论单一污染物的非致癌效应。

  场地污染物的潜在非致癌健康风险可用风险商(HQ) 表示,由暴露剂量和参考剂量来进行计算,即:HQ = IntakeRFD式中: Intake 为暴露剂量; RfD 为参考剂量,各重金属的RfD 取自美国环保署的综合风险信息系统。一般来说,风险商超过1,则表明具有潜在的不可接受非致癌效应。

  对于口腔摄入和皮肤接触这两个途径, 污染物主要来自于暴露的表层土壤,因此通过表层土壤浓度进行健康风险评估。重金属形态分析的风险评价,讨论水溶态和离子可交换态、碳酸盐结合态及硫酸盐和单硫化物结合态的环境有效态。

  虽然潜在关注污染物的浓度超过相应的评判限值,但暴露风险均不高。在场地退役过程中,需要注意堆放废料点位等重金属超标土壤的处理,以免造成二次污染。比较重金属总量与重金属形态分析方法,前者的风险商结果明显高于环境有效态重金属。在风险评估中,用金属总量评判环境风险,在重金属环境背景值高的场地,将会在污染场地修复过程中,增加修复的土方量。本次探讨选取的场地样品,仅考虑场地工人口腔摄入及皮肤吸收的暴露风险,实际上还会从呼吸等渠道对人体带来健康风险,同时还会对周边居民带来一定的风险。另外,由于我国还缺少一些相关的暴露参数取值,给风险评估带来不确定性,这需要在后续研究中进一步完善。

  4 结论

  重金属以不同形态存在于土壤中, 对重金属总量的浓度均有贡献,在土壤风险评价过程中,单一考虑重金属总量,将会把对人体影响较大的环境有效态和环境稳定态全部评价在内。在评估过程中,可以同时评估重金属不同形态及重金属总量对人体的影响。在矿山等重金属背景值较高地区,可采用环境有效态重金属替代重金属总量结果进行风险评估,从而减少后续修复的土方量,减少投入的修复资金。

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