典型煤炭型城市重金属污染特征和健康风险评价

发布时间：2020-10-26 07:34

　　 煤炭开采和燃烧等活动使城市存在一定程度的重金属污染。重金属在土壤、大气、蔬菜和粮食作物中累积,经多种暴露途径进入人体,当超过人体耐受阈值时会对健康产生严重危害。因此,开展煤炭型城市土壤、大气、蔬菜和粮食作物中重金属污染程度和来源的研究,能为重金属污染综合防治提供理论依据。另外,开展重金属暴露对人群的健康风险评价,对保护城市土壤环境安全和居民健康有重要的指导价值。首先,本研究在研究区6078个采样点采集表层土壤,分析12种重金属的污染程度:除Mn外,其余金属的平均浓度均高于当地的背景值,Zn、Cu、Cd、Hg、Pb和As的浓度分别有1.46%、0.14%、37.96%、1.02%、0.6%和6.73%超过其对应的国家土壤环境质量二级标准值。单因素方差分析表明,农田和建设用地中Zn、Cu和Cd的含量显著高于林地,农田和林地中Hg、Pb、Mo和V的含量远低于建设用地,而不同土地利用方式不会引起土壤中As、Sb、Cr、Fe和Mn含量的显著差异。运用GIS空间分析、斯皮尔曼相关分析和PMF模型对重金属进行源解析:Zn、Cu和Cd主要来源于农业施肥和工业活动,Pb、Sb、Hg和As主要来源于汽车尾气排放和与煤炭燃烧相关的工业活动,煤矿开采、化工生产和金属冶炼是造成Hg、Cd、Mo和V污染的主要原因,土壤中Mn、Cr和Fe的含量受自然地质背景的影响。自然源、大气沉降源、工业源和农业源的贡献率分别为 33.6%、26.05%、23.44%和 16.91%。其次,在研究区共布设17个大气沉降采集点,并测定Hg和Cd的浓度。结果显示大气Hg和Cd沉降通量具有明显的空间变化特征,工业区显著高于农田和林地。曲线回归分析表明,大气Hg沉降通量与其周围表层土壤Hg含量呈正相关性(R2=0.86359,P0.001);当去除农田中的采样点时大气Cd沉降通量与其周围表层土壤Cd含量呈正相关性(R2=0.82458,P0.001),若包含这三个农田采样点,两者则不具有相关性(R2=2039,P=0.05)。大气沉降对表层土壤Hg和Cd累积增量的预测结果表明:表层土壤Hg和Cd的累积增量在未来30年内快速增加,30年后将几乎不再变化。人类活动排放到大气中的Hg和Cd在未来30年内几乎完全沉降到周围表层土壤中。最后,本研究在农田区共采集197个蔬菜和粮食作物以及对应的土壤样品,分析5种重金属的富集能力。结果显示叶类蔬菜中重金属的含量明显高于粮食作物,蔬菜对Cd的富集能力最强。摄食蔬菜和粮食作物中重金属对居民的非致癌风险评价结果表明:摄食蔬菜特别是叶类蔬菜对人群的非致癌危害要远高于摄食粮食作物,非致癌风险主要来源于As和Cd。经口直接摄入农田土壤重金属对居民的非致癌风险评价结果表明:无论是其中一种重金属还是5种重金属同时被考虑时,研究区农田土壤重金属暴露对成人和儿童的非致癌危害都很小;各重金属对儿童的非致癌危害显著高于成人,特别是Pb和As。经口直接摄入农田土壤重金属对人群的致癌风险评价结果表明:对于成人,潜在致癌风险的顺序为CrAsCd,产生致癌风险的可能性较小。但对于儿童,当同时考虑3种重金属时,会对儿童产生一定的潜在致癌危害,主要贡献源是As和Cr。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X53;X820.4
【部分图文】：

健康风险评价依据现有的资料和数据，以风险度为评价指标，当人群暴露于有害因??子下，运用数学模型定量评估有害因子对人体产生不良健康的风险［５３］。根据１９８３年美??国出版的《联邦政府的风险评价：管理程序》，健康风险评价包括四个步骤（见图１．２）。??危害识别??识别化学物质对人体谜康的危害??物理化学资料??人沐流抒祸学资料??动物实验资料??剂革－反应评估?｜?暴露评价??不同貉ｎ剂诨水平下危害效应的发生馅况?不同悄况下过去暴露鞀将来暴露情况??收集人群砑究洩功窃女验的资料?受体人群的鉍荔餐数??逑立剤皆－效应关系?择露途柃??功換实验数据向人外掁?污资物在环境介遛中的相．关参数??凤险表征??策化确定有害结果发生的概率??铬铱人群产生链康危满的强度??镜化可接受恧险水平??评［Ａ■結柒的不确定性??图１．２健康风险评价步骤??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｈｕｍａｎ?ｈｅａｌｔｈ?ｒｉｓｋ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ??７??

????｜源贡献确定??图１．１?ＰＭＦ模型源解析步骤??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ?ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ?ｓｏｕｒｃｅｓ?ｗｉｔｈ?ＰＭＦ?ｍｏｄｅｌ??１．３．３重金属的健康风险评价研究进展??健康风险评价依据现有的资料和数据，以风险度为评价指标，当人群暴露于有害因??子下，运用数学模型定量评估有害因子对人体产生不良健康的风险［５３］。根据１９８３年美??国出版的《联邦政府的风险评价：管理程序》，健康风险评价包括四个步骤（见图１．２）。??危害识别??识别化学物质对人体谜康的危害??物理化学资料??人沐流抒祸学资料??动物实验资料??剂革－反应评估?｜?暴露评价??不同貉ｎ剂诨水平下危害效应的发生馅况?不同悄况下过去暴露鞀将来暴露情况??收集人群砑究洩功窃女验的资料?受体人群的鉍荔餐数??逑立剤皆－效应关系?择露途柃??功換实验数据向人外掁?污资物在环境介遛中的相．关参数??凤险表征??策化确定有害结果发生的概率??铬铱人群产生链康危满的强度??镜化可接受恧险水平??评［Ａ■結柒的不确定性??图１．２健康风险评价步骤??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｅｐｓ?ｏｆ?ｈｕｍａｎ?ｈｅａｌｔｈ?ｒｉｓｋ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ??７??

４．３．４．３农田土壤重金属经口摄入的致癌风险评价??根据式（４．１２）和（４．１３）得出经口直接摄入农田土壤中重金属Ｃｄ、Ｃｒ和Ａｓ的潜??在致癌风险评价结果见图４．５。Ｃｄ、Ｃｒ和Ａｓ对成人的Ｃ７？平均值分别是２．２５Ｅ－６、３．２９Ｅ－５??和１．４５Ｅ－５，潜在致癌危害的排序为Ｃｒ＞Ａｓ＞Ｃｄ。并且３种重金属的Ｃｉ？值和７Ｃ７？值都小??于１?（Ｔ４，表明成人经口直接摄入土壤中的Ｃｄ、Ｃｒ和Ａｓ元素产生致癌危害的可能性较小。??Ｃｄ、Ｃｒ和Ａｓ对儿童的Ｃ７？平均值分别是２．２５Ｅ－５、３．２８Ｅ－４和９．８４Ｅ－４，潜在致癌危害的??排序为Ａｓ＞Ｃｒ＞Ｃｄ。并且Ａｓ和Ｃｒ的Ｃ７？值都大于１ＣＴ４，表明Ａｓ和Ｃｒ对儿童的潜在致??癌危害较高。而Ｃｄ的Ｃ７？值都小于１０＇表明Ｃｄ对儿童的潜在致癌危害很小。当同时??考虑３种重金属时，所有采样点的７Ｔ７？值都大于ＵＴ４，表明经口摄入土壤重金属会对儿??童产生一定的潜在致癌危害，主要贡献源是Ａｓ和Ｃｒ。??５２??
【参考文献】

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本文编号：2856703