關(guān)鍵詞:土壤;重金屬;評價(jià)方法;健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)
中圖分類號(hào):X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1008-9500(2025)07-0197-07
DOI:10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.058
Study on Characteristics and Risk Assessment of Heavy Metal Pollution in Surface Soil Around an Electroplating Park in Eastern Zhejiang Based on Multi-Model Evaluation
DIBaosheng,TANJiajia2,ZHENGQi,WULu (1.Zhejiang Environmental Monitoring Engineering Co.,Ltd.,Hangzhou31Oo12,China; 2.Zhejiang Ecological Environment Group Co.,Ltd.,Hangzhou 31oo23, China)
Abstract:Focused on thesurface soilssurroundingatypical electroplating industrial park ineastern Zhejiang,this study employed multiple methodologies toassess polution statusand healthrisks.Theresultsshowed thatinthesurface soil ofthestudyarea,exceptfor Hg,theaveragevalues ofother heavymetals exceeded thebackground values,showing enrichment,andsomeheavy metals hadlargecoeficientsofvariationandunevenspatialdistribution,whichwereseverely affcted byhumanactivities.Thecumulative index method indicates thattheoverallpolutionintheregion is light,but somepointshave heavy metalpolution.The potential ecologicalriskindex methodshows that theregionis heavilypollted by Cd,andattentionshouldbepaidtoelementssuchasHg,As,Cu,ndNi.Thehealthriskassessmentresultsshowthat adults face potentialnoncarcinogenicrisks,withoralintakebeingthe mainrouteandCrelementcontributingsignificantly; Thecarcinogenicriskis withinanacceptablerange,Cddoes notposeacarcinogenicisk,hileAs,Cr,andNihavecertain but controllable risks.
Keywords:soil; heavymetals;evaluationmethod; health risk assessment
土壤污染主要是由采礦活動(dòng)和不受控制的工業(yè)排放造成的,已成為一個(gè)重大的全球挑戰(zhàn)[-2]。中國首次污染普查表明, 16% 的土壤樣本和約1/3的冶金和工業(yè)場所污染超標(biāo)[3。電鍍工藝作為諸多行業(yè)中不可或缺的表面處理技術(shù),在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí),也帶來環(huán)境問題[4-5]。電鍍過程產(chǎn)生重金屬污染物,會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)造成持久且潛在的威脅。電鍍園區(qū)的土壤,作為這些污染物的主要承載介質(zhì)之一,其重金屬污染態(tài)勢逐漸成為社會(huì)各界高度關(guān)注的焦點(diǎn)[6-7]。
近年來,電鍍園區(qū)內(nèi)部及周邊表層土壤重金屬的研究較多。厲炯慧等通過研究海寧市電鍍工業(yè)園區(qū)周邊土壤的重金屬發(fā)現(xiàn),Cd的生態(tài)危害最為嚴(yán)重。倪碧珩等以蘇州市某電鍍地塊為研究對象,發(fā)現(xiàn)該電鍍廠土壤受到Ni和 Cr(?) 的污染。郭鵬然等[10]以廣州市白云區(qū)兩電鍍廠為例,采集電鍍廠車間廢氣和周圍空氣及土壤樣品,發(fā)現(xiàn)土壤中的Cd、 Hg 和Zn 達(dá)到中等污染程度。重金屬元素如Cd、Pb、Hg、As、Cr具有致癌性,會(huì)導(dǎo)致人體功能性障礙和不可逆損傷,對人體的健康有較大風(fēng)險(xiǎn)。健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)主要涉及暴露評估、毒性評估和風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)等程序,旨在辨識(shí)并確認(rèn)主要危害因子以及人類所承受的危害[11]。施宸皓等[12通過研究發(fā)現(xiàn),每百萬人口中,平均有13個(gè)成年人和8個(gè)兒童具有癌癥風(fēng)險(xiǎn)
重金屬在土壤中累積,會(huì)通過食物鏈進(jìn)入人體,造成健康風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此,研究電鍍園區(qū)土壤重金屬污染,不僅具有重要的科學(xué)意義,更有著迫切的現(xiàn)實(shí)需求。本研究以浙東某典型電鍍園區(qū)為對象,運(yùn)用地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià),對該園區(qū)周邊表層土壤進(jìn)行系統(tǒng)性的評價(jià),為保障園區(qū)周邊居民安全以及人體健康提供科學(xué)依據(jù)。
1布點(diǎn)與方法
1.1點(diǎn)位布設(shè)
研究區(qū)地處浙江東部沿海,全新世的海相黑色淤泥質(zhì)土覆蓋于更新世的海陸空交互相堆積層之上。海水在完成沉積過程后逐漸退去,陸地顯露,這些構(gòu)成了第四紀(jì)地層。地表主要是灰色、灰黃色的亞黏土,部分區(qū)域由于特殊的地理?xiàng)l件發(fā)育成湖沼,并有沼澤泥炭堆積,這些地段的地基條件欠佳。
依據(jù)中國環(huán)境監(jiān)測總站發(fā)布的《關(guān)于印發(fā) lt; 工業(yè)企業(yè)周邊土壤和地下水監(jiān)測技術(shù)指南(試行) gt; 的通知》(總站土字〔2024]73號(hào)),在該園區(qū)周邊 1km 范圍內(nèi)共計(jì)布設(shè)32個(gè)表層土壤點(diǎn)位。
1.2評價(jià)方法
1.2.1 地累積指數(shù)
地累積指數(shù)常用于評估重金屬污染程度。該方法將自然地質(zhì)過程導(dǎo)致的背景值以及人為活動(dòng)引發(fā)的重金屬污染影響納入考量,通過全面分析這兩個(gè)關(guān)鍵因素,能夠更為精準(zhǔn)地評估重金屬污染程度,有效提升了評價(jià)尺度的精確性[14]。地累積指數(shù) Igeo 的計(jì)算公式為
Igeo=log2(Cn/1.5Bn)
式中: Cn 表示土壤中金屬元素 n 的實(shí)測濃度值;Bn 表示土壤中金屬元素 n 的環(huán)境背景濃度值[5]
1.2.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評價(jià)
該方法綜合考慮重金屬沉積特征和毒性效應(yīng),進(jìn)行重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評估,計(jì)算公式為[16]
式中: RI 表示多元素綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); Eri 表示單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù); 表示毒性響應(yīng)系數(shù),As為10,Cd為30, Cu 、Pb、Ni均為5, Hg 為40,Cr為2, Zn 為1; Cfi 表示單因子污染指數(shù); Ci 表示實(shí)測值, mg/kg . Cib 表示參比值[17],選用浙江省浙東平原區(qū)表層土壤平均值。評價(jià)方法及分級標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。
1.2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)
本研究運(yùn)用的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型參考了美國環(huán)保署[18以及原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《中國人群暴露參數(shù)手冊》[19中提出的健康風(fēng)險(xiǎn)模型。此模型以風(fēng)險(xiǎn)度為評價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo),根據(jù)園區(qū)周邊的環(huán)境污染情況和人體健康狀況,評估園區(qū)周邊居民可能面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)[20]。對于不同暴露途徑下土壤重金屬的日均暴露量 ADD ,其具體的計(jì)算方式為
表1評價(jià)方法及分級標(biāo)準(zhǔn)
式中: c 表示重金屬元素實(shí)測值; ADDing ADDinh 、 ADDder 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入某重金屬的日均暴露量,其余各指標(biāo)含義如表2所示。
人體健康風(fēng)險(xiǎn)分為非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn),計(jì)算公式為
TCR=ΣCR=ΣADDh×SFh
式中: HI 表示特定重金屬元素經(jīng)所有暴露途徑累積產(chǎn)生的總非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù),用于衡量單一重金屬通過不同途徑對非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)的綜合影響程度; ADDh 表示重金屬經(jīng) h 途徑攝入的重金屬日均暴露量; SFh 表示重金屬經(jīng) h 途徑的斜率系數(shù); RfDh 表示重金屬經(jīng)h 途徑的參考劑量; HQh 表示單一元素在特定暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商值,用于定量表征單一元素經(jīng)特定途徑進(jìn)入人體后引發(fā)非致癌健康效應(yīng)的相對風(fēng)險(xiǎn)程度;TCR表示總致癌風(fēng)險(xiǎn)值; CR 表示在某一特定暴露途徑下,所有元素共同作用所導(dǎo)致的總致癌風(fēng)險(xiǎn)值。
若 HQ 或 HI 數(shù)值不大于1,非致癌風(fēng)險(xiǎn)可忽略不計(jì);若 HQ 或 HI 數(shù)值大于1,則存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)CR或TCR數(shù)值小于 10-6 時(shí),不存在致癌風(fēng)險(xiǎn);當(dāng)CR或TCR數(shù)值為 10-6~10-4 時(shí),致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受的區(qū)間;當(dāng) CR 或TCR數(shù)值大于 10-4 時(shí),個(gè)體暴露在該特定環(huán)境中會(huì)面臨一定的患癌風(fēng)險(xiǎn)[20]。不同暴露途徑下土壤重金屬的 RfD 與 SF 值如表3所示[23-24]
1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理
采用IBMSPSSStatistics27軟件和Origin2024軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。
表2重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評估中暴露參數(shù)的取值設(shè)定
表3不同暴露途徑下土壤重金屬的 RfD 與 SF 值
2 結(jié)果與討論
2.1土壤重金屬含量統(tǒng)計(jì)
該研究區(qū)域表層土壤中重金屬含量的描述性統(tǒng)計(jì)如表4所示,Cd、 Hg 、As、Pb、 cr 、 Cu ! Zn 和Ni的監(jiān)測質(zhì)量區(qū)間分別為 0.08~5.71 、 0.05~0.20 、 8.40~ 40.80、 18.00~296.00 、 25.00~1 400.00 、 17.00~ 814.00、 53.00~1400.00 、 22.00~550.00mg/kg ,平均值分別為0.570、0.089、15.250、44.600、191.000、108.000、297.000、 83.500mg/kg 。與浙江省浙東平原區(qū)表層土壤平均值相比較,除 Hg 外,其余所有重金屬的平均值均超過背景值,Cd、As、 ΔPb ! Cr? Cu、Zn 和Ni的平均值分別為背景值的 3.4、2.7、1.2、3.7、 4.8、3.2和7.8倍,說明這些重金屬已經(jīng)在該研究區(qū)域產(chǎn)生明顯的富集現(xiàn)象,該地區(qū)土壤已受到人為活動(dòng)的影響。
變異系數(shù)作為衡量污染物受人為影響程度以及分布均勻程度的重要指標(biāo),其數(shù)值與人為活動(dòng)影響程度和污染物分散程度呈正相關(guān)關(guān)系,即變異系數(shù)越大,表明受人類活動(dòng)影響越大,且其分散程度也越高。研究區(qū)重金屬濃度變異系數(shù)排序依次為 Cdgt;Cugt;Crgt; Nigt;Pbgt;Zngt;Asgt;Hg ,Cd、 Cu 、 Cr 、Ni和Pb變異系數(shù)大于100,屬于高度變異范疇[25]。這一結(jié)果清晰地揭示出,該區(qū)域內(nèi)重金屬的空間分布呈現(xiàn)出極不均勻的狀態(tài),并且受到人類生產(chǎn)活動(dòng)的干擾極為嚴(yán)重[26]
2.2地累積指數(shù)法評價(jià)
由表5可知,研究區(qū)域表層土壤重金屬元素Cd、Hg、As、Pb、Cr、 Cu 、 Zn 和Ni的地累積指數(shù)平均值分別為0.22、-0.68、0.70、-0.67、0.83、0.96、0.66和-1.17,其中 Hg 、Pb和Ni處于無污染狀態(tài),Cd、As、Cr和 Cu 處于輕度污染狀態(tài),僅 Zn 處于無污染至中度污染范圍。
結(jié)合表5和圖1可知,重金屬元素Cd、 Hg 、As、 Pb 、 cr 、 Cu 、 Zn 和Ni的地累積指數(shù)區(qū)間范圍分別為 -1.66~4.49 ! -1.52~0.59 ! -0.02~2.52 /-1.65~2.39s-1.64~4.61s-1.00~4.58s-1.40~3.32 和 -2.67~ 1.97 , Hg 、Pb和Ni元素?zé)o污染狀態(tài)占比較大,而 Zn ! Cu 、Cr和As元素主要以輕度污染狀態(tài)為主, cr 、Cd和 Cu 元素出現(xiàn)重度污染,但總體上占比較小。綜上所述,該區(qū)域總體上重金屬污染較輕,但部分點(diǎn)位存在個(gè)別重金屬元素污染較重的現(xiàn)象。
表5地累積指數(shù)評價(jià)
圖1地累積指數(shù)污染占比
表4地塊周邊土壤重金屬分布特征描述性統(tǒng)計(jì)
2.3潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評價(jià)
由表6可知,研究區(qū)域重金屬元素 Hg 、As、Pb、 Cr 人 cu 、 Zn 和Ni的單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值均為輕微污染,而金屬元素Cd的中等污染與極強(qiáng)污染占比較高。
由頻率分布結(jié)果可知,研究區(qū)重金屬元素Pb和 Zn 均為輕微污染,潛在生態(tài)危害相對較小。重金屬Cd的中等污染占 50% ,極強(qiáng)污染占 9.38% ,說明其在該研究區(qū)的潛在生態(tài)危害性較大。重金屬Hg 、As、 Cr, 、Cu和Ni的輕微污染占比較大,分別為68.75% 、 93.75% 、 96.88% 、 84.38% 和 81.25% 。
綜上所述,研究區(qū)受到重金屬元素Cd污染較大,同時(shí)還應(yīng)關(guān)注 Hg 、As、Cu和Ni等重金屬元素,應(yīng)提高重視,采取相關(guān)措施加強(qiáng)控制。相比于地累積指數(shù)評價(jià)結(jié)果,潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評價(jià)總體上污染相對嚴(yán)重,這主要是由于地累積指數(shù)法僅考慮了土壤背景值,而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法基于重金屬的生物毒性以及區(qū)域環(huán)境背景值等多方面因素進(jìn)行評價(jià)[27]。
表6潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評價(jià)結(jié)果
2.4健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)
針對不同暴露途徑下土壤重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均值進(jìn)行分析(見表7),無論是兒童群體還是成人群體,與 HI 相對應(yīng)的不同暴露途徑所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)排序呈現(xiàn)出高度一致性,具體表現(xiàn)為經(jīng)口攝入( (HQing)gt; 皮膚接觸( HQder ) gt; 呼吸吸入( HQinh )。其中,兒童群體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均值為0.247,低于風(fēng)險(xiǎn)閾值1;而成人群體的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均值則為1.05,高于風(fēng)險(xiǎn)閾值1。這一結(jié)果表明該區(qū)域土壤重金屬對成人存在潛在的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。在所有暴露途徑之中,經(jīng)口攝入途徑的風(fēng)險(xiǎn)均值在各類途徑中處于最高水平,成為致使人體面臨非致癌風(fēng)險(xiǎn)的首要因素。
進(jìn)一步探究土壤各重金屬的潛在風(fēng)險(xiǎn),其非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均小于1,處于可接受安全范圍之內(nèi)。對于不同人群,在兒童群體中,鉻元素的 HQcr 為0.441,在該區(qū)域兒童總非致癌風(fēng)險(xiǎn)中所占比例高達(dá) 52.22% 在成人方面, HQcr 為0.537,占該區(qū)域成人群體總非致癌風(fēng)險(xiǎn)的 51.14% 。這一結(jié)果表明 Cr 元素是引發(fā)該區(qū)域非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要貢獻(xiàn)因素。
在致癌風(fēng)險(xiǎn)方面(見表8),土壤重金屬對兒童和成人的TCR值分別為 1.50×10-4 和 1.59×10-4 。這兩組數(shù)據(jù)均處于 1×10-6~1×10-4 ,充分表明該地區(qū)土壤重金屬引發(fā)的致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受范圍。進(jìn)一步分析各重金屬元素的致癌風(fēng)險(xiǎn),針對Cd元素,無論兒童還是成人,其 CR 值均小于 1×10-6 ,說明Cd元素在該區(qū)域不會(huì)引發(fā)致癌風(fēng)險(xiǎn)。而對于As、 Cr 和Ni元素,兒童和成人的CR值均大于 1×10-6 且小于1×10-4 ,雖然其具備一定的致癌風(fēng)險(xiǎn),但仍處于可接受的范圍。
綜上所述,本研究通過綜合評估土壤重金屬不同暴露途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)和致癌風(fēng)險(xiǎn),為該區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量評價(jià)及健康風(fēng)險(xiǎn)管控提供了科學(xué)依據(jù)。
表7土壤重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)
注: HQing. , HQinh 和 HQder 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入時(shí)的非致癌風(fēng)險(xiǎn)商值。
表8土壤重金屬致癌風(fēng)險(xiǎn)
注: CRing. , CRinh 和 CRder 分別表示經(jīng)口攝入、經(jīng)呼吸攝入和經(jīng)皮膚攝入時(shí)的致癌風(fēng)險(xiǎn)商值。
3結(jié)論
研究區(qū)表層土壤中,Cd、Hg、As、Pb、 Cr 、Cu 、 Zn 和Ni等重金屬含量各異。除 Hg 外,其余重金屬平均值均超浙江省浙東平原區(qū)表層土壤背景值,呈現(xiàn)明顯富集,表明土攘受人為活動(dòng)顯著影響。變異系數(shù)分析顯示,Cd、 Cu 、 cr 、Ni和Pb屬于高度變異,重金屬空間分布極不均勻,受人類生產(chǎn)活動(dòng)干擾嚴(yán)重。
地累積指數(shù)法評價(jià)表明, Hg 、Pb和Ni處于無污染狀態(tài),Cd、As、Cr和Cu為輕度污染, Zn 處于無污染至中度污染范圍,區(qū)域總體污染較輕,但部分點(diǎn)位存在個(gè)別重金屬污染較重現(xiàn)象。潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法顯示, Hg 、As、Pb、Cr、Cu、 Zn 和Ni單元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)平均值多為輕微污染,Cd為強(qiáng)污染。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)顯示,Cd、 Hg 、As、Cu和Ni為很強(qiáng)污染,Cr為強(qiáng)污染,Pb為中等污染, Zn 為輕微污染,該區(qū)域受Cd污染較大, Hg 、As、Cu和Ni等也需要重點(diǎn)關(guān)注。
在非致癌風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域,兒童與成人在不同暴露途徑下的風(fēng)險(xiǎn)排序相同,均呈現(xiàn)為經(jīng)口攝入的風(fēng)險(xiǎn)最高,其次是皮膚接觸,呼吸吸入的風(fēng)險(xiǎn)最低。成人的非致癌風(fēng)險(xiǎn)均值超出了閾值,其中經(jīng)口攝入是導(dǎo)致非致癌風(fēng)險(xiǎn)的主要途徑。Cr元素是引發(fā)非致癌風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素,不過,各種重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)值均處于安全范圍之內(nèi)。就致癌風(fēng)險(xiǎn)而言,兒童和成人的總致癌風(fēng)險(xiǎn)值TCR顯示,該地區(qū)土壤中重金屬所引發(fā)的致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平。Cd元素不會(huì)導(dǎo)致致癌風(fēng)險(xiǎn),而As、Cr和Ni元素雖然存在一定的致癌風(fēng)險(xiǎn),但仍然在可接受的范圍。
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