苏州市高新区北部地下水重金属污染特征及健康风险评价.pdf

1 7 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i mm ．c n 2 0 2 1 年第3 期 d o i l o ．3 9 6 9 ，j ．j s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 2 1 ．0 3 ．0 2 6 苏州市高新区北部地下水重金属 污染特征及健康风险评价 林雪峰1 ”，李勇1 ，孟无霜1 ，吴丛杨慧2 ，冒学宇1 ’2 1 ．苏州科技大学，江苏苏州2 1 5 0 0 0 ； 2 ．苏州市宏宇环境科技股份有限公司，江苏苏州2 1 5 1 0 0 摘要以苏州市高新区北部区域地下水为研究对象，对区域内1 7 个地下水监测点位进行采样，检测地下 水样品中的p H 以及砷、镉、铜、汞、铅、镍、六价铬的浓度值，利用单因子指数法和污染指数对检测结果 进行评价，并采用风险评估模型进行健康风险评估。结果表明，研究区域内的地下水7 种重金属平均含 量均未超过Ⅲ类标准的限值，部分采样点存在重金属污染，但总体上污染程度较轻，且研究区域9 4 ．2 ％ 的地下水样品健康风险总值低于最大可接受值，对当地居民的健康的不利影响较小。 关键词苏州市高新区；地下水；重金属；健康风险评估 中图分类号X 5 2 3文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 2 1 0 3 0 1 7 4 一0 6 P o l l u t i o nC h a r a c t e r i s t i c sa n dH e a l t hR i s kA s s e s s m e n to fH e a V y M e t a l si nG r o u n d w a t e ri nN o r t ho fS u z h o uH i g h - t e c hZ o n e L I NX u e f e n 9 1 ～，L IY o n 9 1 ，M E N GW u s h u a n 9 1 ，W UC o n g y a n g h u i 2 ，M A 0X u e y u l 2 1 ．S u z h o uU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，S u z h o u2 1 5 0 0 0 ，J i a n g s u ，C h i n a ； 2 ．S u z h o uH o n g y uE n v i r o n m e n tP o l y t r o nT e c h n o l o g i e sI n c ，S u z h o u2 1 5 1 0 0 ，J i a n g s u ，C h i n a A b s t r a c t T a k i n gg r o u n d w a t e ri nn o r t h e r na r e ao fS u z h o uh i g h t e c hd i s t r i c ta sr e s e a r c ho b j e c t ，s a m p l i n g 17g r o u n d w a t e rm o n i t o r i n gp o i n t si nt h ea r e at od e t e c tp Hv a l u ea n dc o n c e n t r a t i o no fa r s e n i c ，c a d m i u m ， c o p p e r ，m e r c u r y ， l e a d ，n i c k e l ， a n dh e x a v a l e n tc h r o m i u mi ng r o u n d w a t e rs a m p l e S ．S i n g l ee l e m e n ti n d e x m e t h o da n dp o l l u t i o ni n d e xa r eu s e dt oe v a l u a t et e s tr e s u l t s ，a n dh a z a r da s s e s s m e n tm o d e li su s e dt o e v a l u a t eh e a l t hd a n g er ．T h er e s u l t ss h o wt h a ta v e r a g ec o n t e n to fs e v e nk i n d so fh e a v ym e t a l si n g r o u n d w a t e ri ns t u d ya r e ad o e sn o te x c e e dt h el i m i tv a l u eo fc l a s s Ⅲs t a n d a r d ．S o m es a m p l i n gp o i n t sh a v e h e a V ym e t a lp o l l u t i o n ， b u tt h ep o l l u t i o nd e g r e ei sr e l a t i v e l yl i g h t ．9 4 ．2 ％o fg r o u n d w a t e rs a m p l e si ns t u d y a r e ah a v el o w e rt o t a lh e a l t hr i s kt h a nt h em a x i m u ma c c e p t a b l ev a l u e ，w h i c hh a sl i t t l ea d v e r s ei m p a c to n h e a I t ho fl o c a lr e s i d e n t s ． 1 【e yw o r d s S u z h o uh i g h t e c hd i s t r i c t ；g r o u n d w a t e r ；h e a v ym e t a l s ； h e a l t hr i s ka s s e s s m e n t 重金属对人体有害，在生物体内累积到一定程 度会造成慢性中毒，持久性强，很难降解3 。，目前较 为关注的一般是指A s 、C d 、C u 、H g 、P b 、N i 以及C r 等。地下水埋藏较深，自净能力弱，重金属一旦流人 收稿日期2 0 2 0 一1 1 1 1 基金项目科技部水体污染控制与治理科技重大专项项目 2 0 1 7 Z X 0 7 2 0 5 一0 2 作者简介林雪峰 1 9 9 5 一 ，男，江苏盐城人，硕士研究生；通信作者李勇 1 9 6 9 一 ，男，教授 万方数据 2 0 2 1 年第3 期 仃色金属 冶炼部分 h t l p ／／y s y l ．I g r i m m ．c n 1 7 5 河流，污染就会迅速扩散，且地下水的污染很难预 警。地下水是一种重要的战略资源，所以对地下水 资源进行评价和管理有非常重大的现实意义。6J 。 近年来，国内外已经有非常多的学者对地下水 的各种方面进行了研究。Z H A N ；等；7 研究发现， 珠江三角洲8 3 ％的地下水水质良好，可饮用，岩溶 含水层中的地下水的水质优于粒状含水层和承压含 水层，是可饮用的。E M M A N U E I ．等阳使用水化 学，基于G I S 的克里格插值法和多元统计方法对伏 尔塔盆地北部边缘地区地下水样品进行了地球化学 表征和评估。K H A I W A I ．等9 1 收集了昌迪加尔市 的8 0 个不同地点和不同深度的地下水样本并进行 了水源识别和健康风险评估。M A T T I A 等“’一提出 了冰河沉积物中水相含水层几何重构和水动力参数 化的一般方法，并将其应用到三维区域地下水流动 模型中，并且发现校准的三维有限元地下水模型可 以量化区域尺度上水文地质预算的主要组成部分， 以及不同水文地层单位之间的流动。本文从苏州市 高新区北部区域内1 7 个地下水监测点位进行采样， 检测地下水样品中的p H 以及砷、镉、铜、汞、铅、镍、 六价铬的浓度值，利用单凶子指数法和污染指数对 检测结果进行评价，并采用风险评估模型进行健康 风险评估。 1材料和方法 1 ．1 研究区域概况 采样区域处于江苏省苏州市高新区的北部区 域，东部地势高，西部地势低，平均海拔高度为5m ， 土壤性质较黏，地质比较稳定。研究区域东北与相 城区毗邻，西部与东渚镇隔河相望，南部与浒光运河 相连，水网密布，土地肥沃。 1 ．2 地下水样品的采集与分析 地下水样品主要来自潜水，井深为4 ．5 ～6m 。 采用R T K 中海达5 代机设备对监测点位进行定 位，采用G c o p r o b e 钻机对地下水采样点钻孔，测量 水位与井深，然后洗井，进行现场p H 测试，基本理 化性质达到稳定后采集1 7 组地下水样品，采样点见 图1 。同时采集现场的平行样，以保持结果的准 确性。 p H 是现场检测，次数要至少连续三次以上，测 得的p H 的误差范围达到稳定标准o ．1 以后方可 停止。采集到的地下水样品放人2 5 0m I 。聚乙烯瓶 中，加入适量硝酸，并将p H 调到2 以下。用便携式 p H 计来测试p H ，用分光光度法测定铬，电感耦合 质谱法来检测砷、镍、铜、铅、镉，原子荧光法来测 定汞。 图1采样点位分布图 F i g ．1 D i s t r i b u t i o nm a po fs a m p I i n gp o i n t s 2样品测定结果及评价 2 ．1 地下水重金属含量特征 研究区域内17 个地下水采样点的7 种重金属 测试结果如表1 所示。可以发现，7 种重金属全部检 出，砷、镉、铜、铅、汞、镍、六价铬的检出率分别为 7 6 ．5 ％、2 9 ．4 ％、7 6 ．5 ％、4 1 ．5 ％、2 3 ．5 ％、7 0 ．6 ％、 5 ．9 ％，研究区域的东部汞、六价铬均未检出，其余均有 检出。重金属元素含量平均值是镍 铜 砷 铅 铬 Ⅵ 镉 汞。 万方数据 1 7 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 表1 地下水重金属含量统计 T a b I elS t a t i s t i c so fh e a V ym e t a lc o n t e n t s i ng r o u n d w a t e r 重金属名称砷镉铜铅汞镍铬 Ⅵ 注* N D 表示低于检测限值 从实验室分析结果来看，1 7 个采样点的p H 在 6 ．6 ～8 ．1 3 ，平均值为7 ．4 3 。对照地下水质量标 准 G B1 4 8 4 8 2 0 1 7 [ I ，可以发现1 4 个采样点位 符合Ⅲ类水标准，其中7 、8 、9 这三个地下水采样点 A s 、C d 、C u 、H g 、P b 、N i 、C r Ⅵ 均未检出，1 7 个采样 点中C u 、C d 、H g 检测值均超出Ⅲ类水标准，A s 元 素的超标率为1 1 ．7 ％，P b 、N i 、C r Ⅵ 的超标率均为 5 ．8 ％。6 号地下水采样点A s 浓度为o ．0 4 9m g ／L ， 符合Ⅳ类水标准，1 2 号地下水采样点A s 浓度为 o ．0 1 2m g ／L 、N i 浓度为o ．1 0 3m g ／L 、C r Ⅵ 浓度为 o ．0 5 1m g ／L ，符合V 类水标准，1 3 号地下水采样点 由于铅浓度为O ．0 6 2m g ／L ，符合Ⅳ类水标准。 2 ．2 监测结果评价 2 ．2 ．1 单因子指数法评价 单因子指数评价方法是将地下水采样点中的各 种污染因子实际浓度检测值与评价标准进行逐一对 比，通过对比结果可很明显地看出地下水样品种哪 些因子超标，还可以看出哪些因子是主要的污染因 子[ I2 1 ，计算公式如下 P | C t l s I 式中只是污染物的标准评价指数；G 是地下水 采样点污染物的实际检测值；S ；是污染物评价标准 浓度。水质污染指数评价标准[ 1 3 ] 如下P ；≤1 非污 染、1 7 ．o 时 式中P i 是p H 的标准指数；p H 是地下水采样 点的实际检测值；p H s a 为p H 采用标准的下限值； p H 。。为p H 采用标准的上限值。 根据计算所得的污染指数可以发现 总体数据 见表2 ，在1 7 个采样点位当中，6 号地下水采样点 砷的单因子指数为4 ．9 6 ，大于3 ，存在严重污染；1 2 号地下水采样点的砷单因子指数为1 ．2 5 ，铬单因子 指数为1 ．0 2 ，属于轻度污染，镍的单因子指数为 5 ．1 5 ，属于严重污染，是主要的重金属污染因子，这 是由附近金属工厂导致的；1 3 号地下水采样点铅的 单因子指数为6 ．2 4 ，属于严重污染。这些点位已经 产生了一定程度上的污染，需要引起一定的重视。 表2 标准评价指数 T a b I e2S t a n d a r de v a I u a t i o ni n d e x 霉嚣黧墓≯砷 镉铜铅汞镍铬 最大值 4 ．9 6O ．2 8O ．1 0 36 ．2 40 ．7 5 ．1 5 1 ．0 2 最小值 O ．0 0 6 O ．0 0 5 O ．0 0 00 4O ．0 0 45O ．0 2O ．0 0 83O ．0 4 平均值 O ．5 2 4 O ．0 3 9 O ．0 0 79O ．4 5O ．0 7 1O ．4 0 4 O ．0 9 7 但是由于该评价方法计算比较简单，只是对单 个污染因子进行了评价，所以最终结果不能客观反 应当地地下水的整体质量情况，甚至可能会有相当 大的偏差，所以，我们还需要计算综合的污染 指数‘13 。。 2 ．2 ．2 分级评分叠加指数法 利用地下水采样点的各项检测值计算得来的各 点、各项目的标准污染指数，赋分评价 表3 ，然后 加权[ 1 4 。15 | 。污染指数P ；一F 。 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F ，，这样我们可以得到每个采样点的污染指 数，然后对照区域水质结果修正表 表4 ，可以发现 采样点的污染程度以及水质类别。 经过一系列计算之后，除了6 、1 2 、1 3 号地下水 采样点位的单因子污染指数大于1 ，其余所有采样 点的单因子污染指数均小于等于1 ，可以得到除这 三个地下水采样点以外，其余各点的P 。值均为7 ，对 照区域水质结果修正表可发现，各项组分均未超过 标准值。5 号地下水采样点位砷的污染指数1 铅 铬 镉 汞。 2 研究区域地下水重金属污染指数均值为A s 0 ．5 2 4 P b O ．4 5 N i O ．4 0 4 C r 0 ．0 9 7 H g 0 ．0 7 1 C d o ．0 3 9 C u o ．0 0 7 9 ，其中A s 、 P b 、N i 、C r Ⅵ 存在点源污染，c d 、c u 、H g 无污染。 6 号地下水采样点由于A s 污染指数为4 ．9 6 ，属于 轻污染；1 2 号地下水采样点由于A s 、N i 、C r 污染指 数分别为1 ．2 5 、5 ．1 5 、1 ．0 2 ，属于中污染；1 3 号采样 点由于P b 污染指数为6 ．2 4 ，大于5 属于中污染。 研究区域的地下水水质整体良好，但是个别采样点 万方数据 1 7 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 2 1 年第3 期 的个别重金属元素含量出现了超标，需要引起一定 的重视。 3 研究区域内的致癌物A s 、C d 、C r Ⅵ 和非致 癌物P b 、N i 、H g 、C u 均低于最大可接受水平，致癌 物A s 的健康风险值大于C r Ⅵ 和C d 。且研究区 域内河流众多，应当把重金属A s 放在首位，优先治 理，避免在饮用途径中对人类身体健康产生伤害。 [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] 参考文献 Z H A N GY ，L IFD ，L IJ ，e ta 1 ．S p a t i a ld i s t r i b u t i o n ， p o t e n t i a ls o u r c e s ，a n dr i s ka s s e s s m e n to f t r a c em e t a l s o fg r o u n d w a t e ri nt h eN o r t hC h i n aP l a i n [ J ] ．H u m a n a n dE c o l o g i c a lR i s kA s s e s s m e n t ，2 0 1 5 ，2 l 3 7 2 6 7 4 3 ． 刘菲，王苏明，陈鸿汉．欧美地下水有机污染调查评价 进展[ J ] ．地质通报，2 0 1 0 ，2 9 6 9 0 7 9 1 7 ． L I UF ，W A N GSM ，C H E NHH ．P r o g r e s si n i n v e s t i g a t i o n a n de v a l u a t i o no f g r o u n d w a t e ro r g a n i c p o u u t i o n i nE u r o p ea n dA m e r i c a [ J ] ． G e o l o g i c a l B u l l e t i no fC h i n a ，2 0 1 0 ，2 9 6 9 0 7 9 17 ． 曾妍妍，周殷竹，周金龙，等．地下水水文学[ M ] ．北京 中国水利水电出版社，2 0 0 9 ． Z E N GYY ，Z H O UYZ ，Z H o UJL ，e ta 1 ． G r o u n d w a t e rH y d r o l o g y [ M ] ．B e 幻i n g c h i n aw a t e r8 L P O w e rP r e s s ，2 0 0 9 ． 、7 l r o N G S A S U L U KP ，C H O T P A N T 八R A rS ，S I R I W o N G W ．H e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o na n dh u m a nh e a l t hr i s k a s s e s s m e n ti nd r i n k i n gw a t e rf m ms h a l l o wg m u n d w a t e r w e l l si na na g r i c u l t u r a la r e ai nU b o nR a t c h a t h a n i p r o v i n c e ，T h a i l a n d [ J ] ． E n v i r o n m e n t a lG e o c h e m i s t r y a n dH e a l t h ，2 0 1 4 ，3 6 1 1 6 9 1 8 2 ． 朱青青，王中良．中国主要水系沉积物中重金属分布特 征及来源分析[ J ] ．地球与环境，2 0 0 2 ，4 0 3 3 0 5 3 1 3 ． Z H UQQ ．W A N GZL ．D i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s a n ds o u r c e so fh e a v ym e t a l si nm a i ns t r e a ms e d i m e n t s o fC h i n a [ J ] ．E a r t ha n dE n v i r o n m e n t ，2 0 0 2 ，4 0 3 3 0 5 3 1 3 ． 魏亚强，陈坚，文一，等．中国地下水污染模拟预测标准 体系研究现状[ J ] ．环境污染与防治，2 0 1 9 ，4 1 1 1 1 3 8 7 1 3 9 2 ． W E IYQ ，C H E NJ ，W E NY ，e ta 1 ．R e s e a r c hs t a t u so f g r o u n d w a t e rp o l l u t i o ns i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o ns t a n d a r d s y s t e m i n c h i n a [ J ] ． E n v i r o n m e n t a lP o l l u t i o n C o n t r 0 1 ，2 0 1 9 ，4 1 1 1 1 3 8 7 1 3 9 2 ． Z H A N GFG ，H U A N GGX ，H O UQX ，e ta 1 ． G r o u n d w a t e rq u a l i t yi nt h eP e a r lR i v e rD e l t aa f t e rt h e r a p i de x p a n s i o no f i n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o n D i s t r i b u t i o n s ， m a i ni m p a c ti n d i c a t o r s ，a n d d r i v i n g [ 8 ] [ 9 ] [ 1 0 ] [ 1 1 ] [ 1 2 ] [ 1 3 ] [ 1 4 ] [ 1 5 ] f o r c e s [ J ] ．J o u m a lo fH y d r o l o g y ，2 0 1 9 ，2 2 4 1 4 3 1 7 1 ． DS ，M A H A M U D AA ，M U S A HSZ ，e ta 1 ． H y d r o g e o c h e m i c a lc h a r a c t e r i z a t i o na n da s s e s s m e n to f g r o u n d w a t e rq u a l l t yj n t h eK w a h u B o m b o u a k aG r o u p o ft h eV o l t a i a nS u p e r g r o u p ，G h a n a [ J ] ．J o u r n a lo f A f r i c a nE a r t hS c i e n c e s ，2 0 2 0 ，2 2 1 2 6 4 3 ． K H A I W A I 。R ，P A R T E E KST ，S A H I LM ，e ta 1 ． E v a l u a t i o no f g r o u n d w a t e r c o n t a m i n a t i o ni n C h a n d i g a r h S o u r c ei d e n t i6c a t i o na n dh e a l t hr i s k a s s e s s m e n t [ J ] ．E n v i r o n m e n t a lP 0 1 l u t i o n ，2 0 1 9 ，1 2 3 1 1 2 1 4 3 ． M A T T I ADC ，R O B E R T AP ，G 1 0 V A N N IB ，e ta 1 ．A r e g i o n a l s c a l ec o n c e p t u a la n dn u m e r i c a lg r o u n d w a t e r f 1o wm o d e li nf lu v i o g l a c i a ls e d i m e n t sf o r t h eM i l a n M e t r o p o l i t a na r e a [ J ] ．J o u r n a lo fH y d r o l o g y R e g i o n a l S t u d i e s ，2 0 2 0 ，2 1 3 2 6 4 3 ． 国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会． 地下水质量标准 G B ／T1 4 8 4 8 2 0 1 7 [ S ] ．北京中国 标准出版社，2 0 1 7 ． G e n e r a lA d m i n i s t r a t i o no fQ u a l i t yS u p e r v i s i o n ，I n s p e c t i o n a n dQ u a r a n t i n eo ft h eP e o p l e ’sR e p u b l i co fC h i n a ， N a t i o n a lS t a n d a r d i z a t i o nM a n a g e m e n tC o m m i t t e e ． G r o u n d w a t e rQ u a l i t ys t a n d a r d G B ／T1 4 8 4 8 2 0 1 7 [ s ] ． B e 巧i n g S t a n d a r d sP r e s so fC h i n a ，2 0 1 7 ． 韩君，徐应明，温兆飞，等．重庆某废弃电镀工业园农田 土壤重金属污染调查与生态风险评价[ J ] ．环境化学， 2 0 1 4 ，3 3 3 4 3 2 4 3 9 ． HANJ ，X UYM ，W E NZF ，e ta 1 ．I n v e s t i g a t i o na n d e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n a g r i c u l t u r e s o i lo fa na b a n d o n e d e I e c t r o p l a t i n g i n d u s t r i a lp a r ko fC h o n g q i n g ，C h i n a [ J ] ．E n v i r o n m e n t a l C h e m i s t r y ，2 0 1 4 ，3 3 3 4 3 2 4 3 9 ． 张毅博，赵剑斐，黄涛，等．基于地统计分析的老旧工业 园农田区域地下水重金属空间分布及风险评价[ J ] ．江 苏农业科学，2 0 2 0 ，4 8 1 2 2 5 8 2 6 4 ． Z H A N GYB ，Z H A 0JF ，H U A N GT ，e ta I ．S p a t i a l d i s t r i b u t i o na n dr i s ka s s e s s m e n to fh e a v ym e t a l si n g r o u n d w a t e ro f0 1 di n d u s t r i a lp a r kb a s e do ng e o s t a t i s t i c a l a n a l y s i s [ J ] ．J i a n g s uA g r i c u l t u r a lS c i e n c e s ，2 0 2 0 ，4 8 1 2 2 5 8 2 6 4 ． 张静，王建英，郑春丽，等．北方某稀土尾矿库周边地下 水污染特征与评价[ J ] ．稀土，2 0 1 8 ，3 9 1 4 1 ．4 9 ． Z H A N GJ ，W A N GJY ，Z H E N GCL ，e ta 1 ． C h a r a c t e r i s t i c sa n de v a l u a t i o no fg r o u n d w a t e rp o l l u t i o n a r o u n dar a r ee a r t ht a i l i n g sp o n di nN o r t hC h i n a [ J ] ． C h i n e s eR a r eE a r t h s ，2 0 1 8 ，3 9 1 4 1 4 9 ． 李立军，马力，张晶，等．吉林省松原市地下水污染评价 及污染因素分析[ J ] ．地球学报，2 0 1 4 ，3 5 2 1 5 6 1 6 2 ． 万方数据 2 0 2 1 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 9 [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] L ILJ ，M AL ，Z H A N GJ ，e ta 1 ．E v a l u a t i o no f g r o u n d w a t e rp o l l u t i o na n da n a l y s i so fp o l l u t i o nf a c t o r s i nS o n g y u a nc i t y ，J i l i np r o v i n c e [ J ] ．A c t aG e o s c i e n t i c a S i n i c a ，2 0 1 4 ，3 5 2 1 5 6 一1 6 2 ． 韩国睿．成都某地区地下水环境健康风险评价研究[ D ] ． 成都成都理工大学，2 0 1 4 ． H A NGR ． S t u d yo ne n v i r o n m e n t a lh e a l t hr i s