本文選題：電鍍廠 + 多環(huán)境介質��； 參考：《中國地質大學》2016年博士論文

【摘要】：近年來,電鍍行業(yè)的高速發(fā)展帶動了各地的經濟發(fā)展。隨著2005年東莞市將電子信息制造業(yè)、電氣機械制造業(yè)、紡織服裝制造業(yè)、家具制造業(yè)、玩具制造業(yè)等八大產業(yè)確立為東莞的支柱產業(yè),電鍍加工的范圍便不斷擴大,然而,電鍍企業(yè)在生產過程中排放了大量有害環(huán)境和人類健康的廢氣、廢水和廢渣,越來越受到人們的關注。但以往的研究更多的是關注電鍍廠區(qū)內重金屬廢水處理及電鍍搬遷場地土壤重金屬污染問題,對于電鍍企業(yè)周邊環(huán)境介質中重金屬污染問題關注較少。因此,本文的主要研究內容就是東莞市電鍍廠周邊環(huán)境介質中重金屬污染特征以及對生態(tài)環(huán)境和人體健康的影響,并著重對重點研究區(qū)長安鎮(zhèn)電鍍企業(yè)周邊重金屬在土壤—水稻和地表水—沉積物等多環(huán)境介質中遷移規(guī)律進行探究。主要研究結果如下：1. 電鍍廠周邊土壤重金屬污染特征及風險評價研究(1)東莞市42家電鍍企業(yè)周邊表層和淺層土壤pH平均值分別為6.18和6.13,總體上呈酸性。與廣東省土壤背景值相比,Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn均存在一定程度的富集,其中表層土壤中Hg元素的平均含量超過了國家《土壤環(huán)境質量》(GB156182-1995)11級標準限值。研究區(qū)各鎮(zhèn)重金屬元素空間分布表明,除元素Cd之外,其余重金屬元素均呈現(xiàn)出表層土壤重金屬含量高于淺層的特點。(2)單因子污染指數(shù)表明,研究區(qū)土壤中元素Hg屬重度污染,且Cu、Hg和Ni部分采樣點位含量嚴重超標,存在明顯的局部聚集和點源污染現(xiàn)象。內梅羅污染指數(shù)表明,研究區(qū)表層和淺層土壤重金屬污染程度均已達到嚴重污染級別,且研究區(qū)表層土壤重金屬污染比淺層土壤更加嚴重,PN值分別達6.87和4.71。地積累指數(shù)結果表明,研究區(qū)土壤中Hg、Cd、Cu和Pb均受到一定程度人為活動的影響,其中表層土壤元素Hg屬中度污染；元素Cd、 Ni、Cu和Pb屬于輕-中度污染；而其余元素均為無污染。(3)8個表層土壤樣品中重金屬形態(tài)分析表明,As、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn主要以殘渣態(tài)存在。Cd在S5采樣點的酸提取態(tài)含量最高,受到的人為污染較嚴重,潛在生態(tài)危害較大。生物有效性評價表明,研究區(qū)8個采樣點表層土壤中重金屬對環(huán)境構成的風險排序為：CdPbHgZnNiCu AsCr。(4)潛在生態(tài)危害指數(shù)分析結果表明,研究區(qū)表層土壤中Hg的潛在生態(tài)風險處于極強風險等級,Cd屬于中等風險等級,其余Ni、Cu、Pb、As、Zn和Cr元素均處于輕微風險等級。研究區(qū)各鎮(zhèn)表層土壤總的潛在生態(tài)風險RI值大小順序為：麻涌鎮(zhèn)大嶺山鎮(zhèn)虎門鎮(zhèn)沙田鎮(zhèn)長安鎮(zhèn),其中麻涌鎮(zhèn)處于很強風險級別,而大嶺山鎮(zhèn)、虎門鎮(zhèn)、沙田鎮(zhèn)和長安鎮(zhèn)均屬于強風險等級。(5)非致癌風險評價結果表明,研究區(qū)表層土壤中經口攝入暴露所帶來的健康風險是主要途徑,As經口攝入的健康風險最大,平均HQois值達1.46。重金屬元素經皮膚接觸暴露的平均HQdcs值均小于1,而Ni經口鼻吸入暴露的HQpisi最大值高達5.04。此外,研究區(qū)表層土壤重金屬污染的總非致癌風險指數(shù)HIT的平均值為4.95,且元素As、Cr和Pb對總風險的貢獻率分別為38.39%、24.19%和22.12%,三者累積貢獻率高達84.70%,元素As、Cr和Pb是研究區(qū)表層土壤中最主要的非致癌風險因子。致癌風險評價結果表明,研究區(qū)表層土壤重金屬元素經3種暴露途徑中Cr和As的致癌風險相對較高,CR值均大于1×10-6。研究區(qū)表層土壤重金屬污染的總致癌風險指數(shù)CRT平均值為1.87E-04,超過10-4,表明研究區(qū)表層土壤重金屬元素引起的致癌風險較為嚴重。其中Cr和As對總致癌風險的貢獻率分別為89.23%和10.45%,兩者累積貢獻率超過99%。2.電鍍廠周邊地表水體重金屬污染特征及風險評價研究(1)研究區(qū)地表水體中重金屬元素As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn四季平均含量均未超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)中的Ⅲ類標準限值,而Hg和Ni污染較為嚴重,分別超相關標準限值3.50和7.84。研究區(qū)各采樣點位中Zn元素對重金屬總含量的平均貢獻率最大,其次是Ni、Cu和Cr。研究區(qū)地表水重金屬在各采樣點位呈現(xiàn)出一定的季節(jié)性特征,且變化趨勢不一致,Zn、Ni和Cu季節(jié)性變化最為明顯,其次為Cr和Hg,而Cd、Pb和As季節(jié)性特征不顯著。(2)單因子污染指數(shù)表明,研究區(qū)地表水四個季節(jié)中重金屬元素Hg和Ni均污染較為嚴重。研究區(qū)各鎮(zhèn)重金屬綜合污染指數(shù)表明,大嶺山鎮(zhèn)達到輕度污染級別,麻涌鎮(zhèn)達到中等污染級別,而沙田鎮(zhèn)、虎門鎮(zhèn)和長安鎮(zhèn)均達到嚴重污染級別。研究區(qū)各重金屬PN值表明,As、Cd、Cu重金屬元素達到安全級別,Pb和Zn重金屬元素達到清潔級別,而Cr元素達到輕度污染級別,Hg和Ni的PN值分別為4.21和13.39,均大于3,研究區(qū)地表水已被Hg和Ni嚴重污染。(3)應用SSD法對研究區(qū)地表水體進行生態(tài)風險評價表明,Cu元素對研究區(qū)生物的危害影響程度最高,其次是Zn,而Cd、 Pb和Hg的生態(tài)危害程度較低。研究區(qū)Cd、Cu、Hg、Pb和Zn等重金屬元素四季平均聯(lián)合生態(tài)風險msPAF值在15.41%-90.79%之間,總平均值達45.72%。重金屬元素msPAF值季節(jié)間比較表明,春季msPAF值最大,為48.55%,其中,重金屬元素Cu和Zn的PAF值在構成研究區(qū)四季的聯(lián)合生態(tài)風險msPAF值時,均占有很大比重。(4)確定性健康風險評價結果表明,研究區(qū)8種重金屬元素的健康風險大小依次為CrAsCdPbNiCuHgZn,且8種重金屬元素經飲水途徑所致個人年風險均大于經皮膚接觸途徑所致個人年風險,此外,8種重金屬元素經飲水途徑和皮膚接觸途徑引起的兒童平均個人年健康風險均大于成人的,其中Cr元素經飲水途徑引起的個人年風險Ri值均超過了10-4a-1,致癌風險嚴重,As元素經飲水途徑引起的兒童平均個人年健康風險值為國際輻射防護委員會(ICRP)推薦值的1.62倍,此外,由As、Cd和Cr致癌金屬所產生的總健康風險在1.24E-04～4.32E-03 a-1之間,平均值為8.17E-04 a-1,而由Cu、Hg、Ni、Pb和Zn非致癌金屬所產生的總健康風險在3.03E-09～7.04E-08 a-1,平均值為1.56E-08 a-1,致癌金屬所產生的健康風險值大于非致癌金屬所產生的健康風險4～5個數(shù)量級。不確定健康評價與確定性健康風險評價對比結果表明,研究區(qū)各鎮(zhèn)不確定性模型的評價等級要普遍高于確定性模型的評價等級,且不確定性風險評價模型更能準確全面地反映出研究區(qū)地表水重金屬污染的真實情況。3. 電鍍廠周邊大氣顆粒物中重金屬污染特征及風險評價研究(1)研究區(qū)PM2.5、PM10和TSP的四季總平均濃度分別為：71.26μg/m3、87.31 μg/m3和271.76 μg/m3,均小于我國《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095-2012)中相應日均值二級標準限值。從各采樣點位超標率及超標倍數(shù)來看,PM2.5平均超標率為42.2%,TSP平均超標率為26.7%,PM10則不超標。此外,5個鎮(zhèn)的顆粒物隨季節(jié)變化規(guī)律相似,3種顆粒物均呈現(xiàn)出冬季污染最嚴重,夏季污染較輕的規(guī)律。(2)東莞市電鍍企業(yè)周邊大氣PM2.5、PM10和TSP中元素As、Cd、C、 Hg和Pb與《環(huán)境空氣質量標準》(GB 3095-2012)中年平均濃度限值相比,As、Cd和Cr平均濃度皆超標,而Hg和Pb的平均濃度均低于限值。各元素在PM2.5、PM10和TSP中相互之間的含量比表明了重金屬元素更易富集在PM2.5中。3種大氣顆粒物中重金屬元素的季節(jié)分布與顆粒物質量濃度在季節(jié)上的分布規(guī)律相似,大部分重金屬表現(xiàn)出冬季濃度較高,春夏季濃度較低的特征。(3)研究區(qū)各個元素在3種顆粒物中富集規(guī)律相似。3種顆粒物中,Cr、Ni和V元素非富集,主要為自然源；元素As、Co、Cu、Pb和Zn的EF值在5～40之間,可能來源于自然源和疊加的工業(yè)污染。此外,Cd、Hg和Sb的EF值均大于40,富集程度較高,受人為污染嚴重。3種顆粒物中Cr\Mn和V的Igeo值均小于0屬于未污染,主要來源于自然因素的作用,Ni、Co、 Cd、Hg、Sb、Pb、Zn、As和Cu主要受人為活動影響,污染程度較重。(4)研究區(qū)秋季大氣顆粒物中化學形態(tài)分析表明,除了As、Co、Cr、Mn和V外,大氣顆粒物種中Cd、Cu、Sb？Pb、Zn和Ni等大部分重金屬均大量存在于酸提取態(tài)中。顆粒物重金屬元素生物有效性評價表明,元素Cd、Sb、Cu、Zn、Pb為生物可利用元素,在環(huán)境中的可遷移性高且易于被生物體和人體吸收,元素Ni、 Hg、 Mn、Co、As為潛在生物可利用性元素,元素V和Cr為生物不可利用性元素。(5)研究區(qū)PM2.5、PM10和TSP中Cd、Hg、As、Pb的潛在生態(tài)風險系數(shù)Ei值均高于320,生態(tài)危害程度為極強。研究區(qū)各采樣點位大氣顆粒物中重金屬潛在生態(tài)風險指數(shù)RI值均遠遠超過了600,生態(tài)風險程度極強,其中Hg和Cd元素對RI值貢獻最大。研究區(qū)3種大氣顆粒物中Mn元素的非致癌風險值較其他重金屬要高1-4個數(shù)量級,且研究區(qū)兒童的非致癌暴露風險值HQ值均高于成人的。研究區(qū)3種大氣顆粒物中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、SbV和Zn等11種元素通過呼吸吸入途徑產生的非致癌風險HI值均高于人體可接受的上限1.0,研究區(qū)非致癌風險較為嚴重。除了PM1o中Co元素和TSP中Co、Cr的成人致癌風險CR值大于10-4之外,其余大部分重金屬元素通過呼吸途徑產生的致癌風險CR值均在可接受范圍之內,此外,3種顆粒物中成人的致癌暴露風險值CRT均高于兒童的,并且除了PM2.s中兒童的重金屬致癌暴露風險CRT值(4.78E-05)低于人體可接受范圍的上限(104),其余CRT值均高于10-4,致癌風險較為嚴重。4.電鍍廠周邊多環(huán)境介質中重金屬遷移特征通過分析重點研究區(qū)長安鎮(zhèn)電鍍廠周邊重金屬元素在土壤-水稻和地表水-沉積物系統(tǒng)中的遷移轉化規(guī)律,結果表明：研究區(qū)水稻對不同重金屬元素吸收富集能力差異較為明顯,其中Cd的遷移能力最強,水稻易從土壤中吸收累積元素Cd,其次是元素Zn,而元素Pb的遷移能力最��；研究區(qū)沉積物對地表水濃集系數(shù)表明沉積物易從地表水體中吸收富集Cr和Zn元素,而Cd和Ni的遷移性較弱。此外,通過對重金屬元素在水-沉積物兩相間的遷移方向分析可知,在重點研究區(qū)長安鎮(zhèn)重金屬易從水相向沉積相沉積,而部分采樣點位則存在重金屬由沉積相向水相釋放的現(xiàn)象。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：中國地質大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X781.1;X82
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本文編號：1956684