题目：西宁市多环境介质重金属污染研究

本研究以西宁市多种环境介质（包括：街道灰尘、城市表层土壤、河流水体和沉积物）中重金属的地球化学特征为主要研究对象，详细研究了湟水河西宁段水体（共计35个采样点）以及沉积物（共计35个采样点）、城市表层土壤（共计5个混合样点）、西宁市街道灰尘（共计204个样点）的理化指标及元素组成。利用AAS原子吸收分光光度计和X-Ray荧光光谱仪测定水样、沉积物、土壤及灰尘种重金属的含量；采用修正BCR连续萃取法研究了固相介质中重金属元素的赋存形态；应用相关方法评价了西宁市各环境介质的环境质量现状和生态健康风险；运用多元统计方法解析了各环境介质中污染物的来源。通过研究得到以下主要结论：1. 西宁市多项环境介质的理化特性：1) 湟水河流西宁段河流水体：pH平均值为7.14 ；电导率平均值为553.29 μs/cm；细菌总数平均值为12×103个；溶解氧(DO)的平均值为4.37(mg/L)；浊度平均值为338.97(NTU)；可溶性固体悬浮物浓度为280.5(mg/L)，根据水体中阴阳离子的浓度河流水体表现为SO42--Cl--Ca2+型水体。2) 湟水河西宁段沉积物：pH平均值为8.54，呈强碱性；电导率平均值为342.08μs/cm；灰尘低、高频磁化率和频率磁化率分别为74.33、73.20×10-8m3/mg和1.67%；粒度以粉粒为主；碳酸钙和有机质平均含量百分比分别为7%和26.7%。3) 城市表层土壤：pH平均值为8.08，呈碱性；电导率平均值为：8.54 μs/cm；城市表层土壤低、高频磁化率和频率磁化率分别为87.30、83.72×10-8 m3/mg和4.04%；粒度以黏粒为主；碳酸钙含量为20.3%，且城中＞城北＞城南＞城西＞城东。有机质的平均含量为4.7%，表现为城中＞城南＞城西＞城东＞城北。4） 街道灰尘：pH均值为9.05，属于强碱性；电导率平均值为872.03 μs/cm；灰尘低、高频磁化率和频率磁化率分别为325.60、321.65×10-8m3/mg和1.38%；粒度以砂粒为主；碳酸钙平均含量为20.6%，城市区碳酸钙的平均含量大小依次为城南＞城西≈城中＞城北＞城东；灰尘样品有机质含量为3.2%；城市分区含量大小关系表现为城市中心＞城东＞城北＞城西＞城南。2. 西宁市多项环境介质中重金属平均含量水平：1) 河流水体：所研究重金属元素中，Pb和Cr都未达到青海省环境保护“十二五”规划指标中地表水环境质量要求中湟水流域消除劣Ⅴ类水质的规划要求。2)河流沉积物：沉积物原样中Co、Cr、Pb及Zn的平均含量则分别是青海省土壤元素背景值的2.1、6.0、1.1和1.0倍。粒径小于100 μm的样品中Co、Cr、Pb和V的平均含量分别是青海省表层土壤元素背景值的9.1、3.3、1.2和1.1倍，所测其他重金属元素的平均含量均未超过青海省表层土壤元素的背景值。3) 城市表层土壤：As和Ni的含量都低于青海省表层土壤背景值，所测其他重金属元素都受到不同程度的污染，其中Co的含量是背景值的3.7倍，Cr的平均值是背景值的2.8倍。粒径小于100 μm的样品中Co、Cr、Cu、Pb和V的平均含量是分别是土壤背景值的4.1、1.9、1.1、1.6和1.1倍。4) 街道灰尘：灰尘原样中Ba、Co、Cr、Cu、Pb和Zn的平均含量分别是青海省土壤背景值的1.2、6.3、7.0、1.8、2.2和1.6倍。粒径小于100 μm的样品中Co、Cr、Cu、Pb和Zn的含量分别是背景值的4.9、8.2、1.8、2.5和1.4倍。3. 西宁市多环境介质中重金属赋存形态特征：1) 湟水河西宁段水体重金属不同形态的含量变化趋势相同，其中Cu和Pb的颗粒态和溶解态的含量均表现为从上游到下游含量逐步升高的趋势。而Cr、Ni和Zn则表现为从上游到下游含量依次减低的趋势。Co则表现出溶解态的含量从上游到下游逐步降低的趋势，颗粒态则相反。2) 沉积物中非稳定态所占比例的大小表现为： Pb＞Cu＞Zn＞Ni＞Co＞Mn＞As＞Cr＞V；其中Pb、Cu、Zn和Ni非稳定态的含量占60%以上，容易造成二次污染，具有很高的环境风险。V则表现为：稳定态占72.5%，难以迁移和转化，潜在的环境危害较小。3) 城市表层土壤中非稳定态的大小关系为： Pb＞Mn＞Cu＞Zn＞Co＞Ni＞Cr＞V≈As。Pb、Mn、Cu、Zn和Co 非稳定态的含量占64%以上，容易造成二次污染，环境危害大；Cr、As和V的稳定态的含量都高于65%，潜在危害相对较低。4）街道灰尘中非稳定态的大小关系为：Pb＞Zn＞Cu＞Cd＞Mn≈Ni＞Co＞Cr＞V＞As。除Cr、V和As的稳定态的含量较高外，其他元素非稳定态含量都高于72%，其中Pd和Zn的非稳定态的含量占90%以上, 很容易在环境中发生迁移转化，造成二次污染。西宁市城市分区街道灰尘重金属的形态特征各不相同。4. 来源特征1) 河流水体中Pb、Co和Cu为工业源污染，Zn、Mn和Cr为生活源污染，Ni则为自然源。2) 河流沉积物全样中，Ni、V、Cu、Zn和As主要受到自然因素的影响；同时，As和Cu也受到农业活动影响；Ba、Mn和Cr主要是由于生活废水和城市地表径流等因素的影响。Pb和Co则受到工业废水的影响比较严重。粒径小于100 μm样品中，As Cu、Ni、Pb和V为工业源和农业源的复合来源；Ba、Mn、Zn和Cr主要为自然源和人为因素的双重影响；Co则主要是工业废水的影响比较严重。3) 西宁市城市表层土壤全样中As、V和Ni属于自然来源；Zn、Pb主要是交通来源；Ba、Mn、Co、Cu和Cr可能与人类活动和交通有关系。粒径小于100 μm样品中，Mn、Ba和V主要是受成土母质的影响；其中Mn和V同时也受工业活动的影响。As、Co、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn主要受交通运输和工业的影响。4) 西宁市街道灰尘重金属元素来源十分复杂，其中有些元素的来源中自然因素占主导地位，有些元素中人为因素占主导地位，有些则受到工业布局的影响占据主导地位。5. 各环境介质重金属污染水平1) 河流水体根据综合水质模型湟水河监测河段的平均综合水质为Ⅳ类，根据内梅罗综合污染指数评价重金属的污染等级结果为五级重污染。健康风险评价结果表明，Pb、Cu、Mn和Zn非致癌风险的最大值都低于ICRP推荐的最大可接受风险水平。由Cr、Ni和Co致癌风险大小关系为：Cr＞Ni＞Co，Cr为主要致癌物质；原水样的致癌风险都高于ICRP推荐的最大可接受风险水平。2) 河流沉积物污染评价结果表明：小粒径条件下的整体污染水平比全样高；在不同粒径条件下Co、Cr和Pb的污染较其他元素严重。生态风险评价结果表明：沉积物原样和粒径小于100 μm的样品中多种重金属的潜在生态危险指数值（RI）均属于中等风险。其中在全样和粒径小于100 μm样品中Co、Pb和Cr3种元素的单一风险因子指数（Eri）相对较高。3) 城市表层土壤污染评价结果表明：粒径小于100 μm的样品的整体污染水平比全样低。Co和Cr的污染较其他元素严重。西宁市原土壤样品城市分区评价结果表现为：城东＞城西＞城南＞城北＞城中；粒径小于100 μm的样品城市分区污染表现为：城中＞城南＞城西＞城东＞城北。生态风险评价结果表明：潜在生态风险指数（RI）在不同城区存在差异，呈现出轻微风险的现状。其中在原样中潜在生态指数大小关系为：城中＞城西＞城南＞城东＞城北；粒径小于100 μm的样品中为：城北＞城南＞城东＞城西＞城中。原样和小于100 μm的样品中Co、Pb和Cu的单一风险因子指数（Eri）相对较高。4) 街道灰尘污染评价结果表明：同一重金属元素在不同粒径条件下的污染水平不同，不同重金属元素在相同粒径条件下的污染水平不同，其中Cr和Co的污染最为严重。全样的城市分区污染评价结果依次为：城北>城西>城中>城东> 城南。粒径小于100μm的样品为：城西>城北>城中>城东>城南。生态风险评价结果表明：西宁市街道灰尘原样和粒径小于100μm的样品中重金属元素潜在生态危险指数值（RI）平均水平都属于中等风险；其中城市分区潜在生态危害综合指数(RI)原样和粒径小于100μm的样品都表现为：城北＞城西＞城东＞城中＞城南。其中Co、Cr、Pb和Cu的生态风险指数占据主导地位。健康风险评价结果表明：西宁市街道灰尘全样和粒径小于100μm的样品中各重金属不同途径其暴露剂量不同，但都表现为手口途径＞皮肤接触＞呼吸吸入途径，其中儿童的非致癌风险都大于成人的非致癌风险。全样种儿童和成人的非致癌风险从大到小都为：城北> 城西>城东>中心>城南。粒径小于100 μm的样品中儿童和成人的非致癌风险从大到小依次为：城东> 城西>城北>中心>城南，致癌风险的大到小的依次为Cr > Co > As > Ni，Cr的致癌风险都略高于10－6应该引起重视。