以太湖流域为例探讨我国淡水生物氨氮基准

参照美国环境保护署(USEPA)《推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南》和氨氮基准文件,结合我国水生生物区系特点,筛选出我国太湖流域和全国水域广泛存在的水生生物物种并收集相应的毒性数据,研究和推导了氨氮对我国太湖流域和全国水域淡水水生生物的毒理学基准.结果表明,25℃、pH=8时,太湖流域淡水水生生物氨氮基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为3.20和1.79mg.L-1(以N计,下同),在4～34℃、pH为6.9～9.0的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.24～25.78mg.L-1和0.20～4.51mg.L-1;25℃、pH=8时,国家氨氮基准值CMC和CCC分别为3.79和1.79mg.L-1,在0～30℃、pH为6～9的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.39～42.88mg.L-1和0.26～5.11mg.L-1,与同样条件下的美国氨氮基准值相比,差异较小.太湖流域氨氮基准值与国家氨氮基准值相差很小.研究结果可为我国氨氮水质基准和标准的研究提供参考依据.     

实测/预测辽河铬(Ⅵ)水生生物基准与风险评估

该研究对辽河流域重金属铬(Ⅵ)的水生生物毒性数据进行搜集与筛选,推导辽河流域铬(Ⅵ)的水生生物基准值,并对辽河流域25个采样点位采集水样,测定铬(Ⅵ)的环境暴露浓度,最后对辽河流域水生生物铬(Ⅵ)暴露的潜在风险进行评估.此外,采用美国环境保护署(US EPA)物种种间关系估算模型(ICE)对辽河流域物种毒性值进行预测,并对基于预测毒性值的水生生物基准进行推导.结果表明,辽河流域基于实测毒性数据的水生生物急性基准值(CMC)为17.73μg·L-1,慢性基准值(CCC)为12.15μg·L-1;ICE模型预测的辽河流域生物毒性值推导的CMC值为13.97μg·L-1,实测CMC值与预测值比较接近,表明ICE模型可应用于水生生物基准值的预测.铬(Ⅵ)的水质分析结果表明25个采样点位水体铬(Ⅵ)浓度较低,均达到GB 3838-2002地表水质标准中铬(Ⅵ)的Ⅰ类或Ⅱ类标准,水质状况良好;然而,在对水生生物的潜在风险方面,通过生态风险评估得出7月辽河流域25个点位中环境暴露值超过慢性基准CCC值的有7个,12月超过慢性基准CCC值的有6个,表明辽河流域个别点位铬(Ⅵ)暴露可能会对水生生物产生不可接受的风险.     

我国淡水生物氨氮基准研究

主要采用美国水生生物基准技术,结合美国氨氮水质基准数学模型,利用我国水生生物的氨氮毒性数据,对我国淡水生物氨氮基准进行了研究.共搜集了35种淡水生物的氨氮急性毒性数据和7种慢性毒性数据,得出的氨氮水质基准表现为以水体pH值和温度为自变量的函数,在pH 6.5～9.0、温度0～30℃的取值范围内,我国氨氮急性和慢性基准的...     

湘江衡阳段重金属在水体、悬浮颗粒物及表层沉积物中的分布特征研究

采用ICP-MS研究湘江衡阳段上覆水、悬浮颗粒物、表层沉积物及孔隙水中重金属的含量及分布特征.结果表明,湘江衡阳段主要的重金属污染元素是Cd,上覆水中Cd的平均含量为0.26μg·L-1,高于美国水质基准的持续基准浓度CCC(USEPA2009),已经对部分水生生物表现出潜在的毒性效应;悬浮颗粒物和表层沉积物中Cd的富集含量较高,分别为42.03μg·g-1和29.62μg·g-1,达到加拿大淡水沉积物保护准则最初影响水平TEL的70倍和50倍,其中,从沉积物中取得的孔隙水中Cd平均含量为3.8μg·L-1,该值是CCC的15倍甚至高于最大基准浓度(CMC),已经对部分水生生物表现出实际的急性毒性效应.湘江衡阳段重金属的空间分布特征表现为中下游污染较上游严重,在衡阳水口山地区等污染企业密集区,重金属含量较高,表明人类活动输入已经成为湘江重金属的重要来源.研究结果还表明,悬浮颗粒物及沉积物相作为水体重金属污染物的主要赋存介质,对重金属污染的迁移、沉积、转化及生物富集作用具有决定性的意义,其重要性不容忽视.     

镉的淡水水生生物水质基准研究

镉是一种有毒重金属,具有高毒性、难降解和易残留等特点,会对水生生物及水生态系统产生有害影响.为有效控制镉给水生生物带来的不利影响,亟需开展镉的水生生物基准研究,为水质标准的制订提供依据. 以我国淡水生态系统及其生物区系为保护对象,结合大量国内外文献报道的镉对我国淡水生物区系中代表物种的毒理学数据,运用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法等当前国际上广泛使用的基准推导方法,研究我国淡水中镉的基准值及其推导过程. 结果表明:评价因子法得出的基准值为单值,其值为0.15 μg/L;毒性百分数排序法得出的基准值包括基准最大浓度和基准连续浓度,二者分别为7.30和0.12 μg/L;物种敏感度分布法得出的基准值分为短期危险浓度和长期危险浓度,二者分别为32.50和0.46 μg/L. 比较了3种方法的优缺点,以及与国内外已有研究基准值之间的差异及形成原因,分析了影响镉的水生生物基准的关键因素.      

我国淡水水体中双酚A(BPA)的生态风险评价

双酚A(BPA)对水生生物有多种毒性效应,其中雌激素作用尤为显著.本研究依据BPA对水生生物是否有雌激素效应,把数据分为两类,并通过商值法、安全阈值法、商值概率法以及联合概率曲线法评价了我国淡水水体中BPA对水生生物的风险程度.结果表明,采用4种评价方法得出的结果相近,我国淡水生物对BPA的雌激素效应较BPA对水生生物的其他毒性作用更为敏感;安全阈值法较商值法、商值概率法、联合概率风险评价法误差较小,评价结果更为可信.用安全阈值法评价结果表明,以BPA的雌激素作用为效应终点时,水生生物长期暴露于我国淡水环境中,我国64.70%的淡水水体有导致超过5%的水生生物受到雌激素作用的风险,BPA安全浓度上限为15.72 ng·L-1;而水生物种短期暴露于我国淡水环境中,我国20.43%的淡水水体有导致超过5%的我国淡水生物受BPA雌激素作用的干扰,此时BPA安全浓度上限为2.24×102ng·L-1.     

我国淡水中锌的水生生物水质基准和生态风险

选取了中国常见的5种本土生物物种作为受试物种进行锌的急慢性毒理学实验,并搜集整理了其他国内外已报道的锌对中国本土物种的毒性数据,推导出锌的淡水水生生物的短期和长期水质基准。结果表明:由物种敏感度分布法(SSD)推导出的短期基准和长期基准分别为102.33,25.03μg/L,由毒性百分数排序法推导出的基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为105.94,38μg/L,两种方法得出的基准值无显著差异,最终选用物种敏感度分布法得出的基准作为我国淡水中锌的水生生物基准。另外,运用商值法对我国主要水体中锌的生态风险进行评价,发现锌对水生生物的生态风险逐年升高,尤其是铅锌矿区周围水体中锌的生态风险更应引起广泛关注。     

我国淡水生物菲水质基准研究

菲是一种国内外水体中普遍检出的优控多环芳烃,会对水生生物产生有害影响.然而,由于本土物种生态毒理学数据匮乏等问题,关于菲的基准阈值研究鲜有报道.本研究以9种本土水生生物为研究对象,进行了9种水生生物的急性生态毒理学实验及3种慢性生态毒理学实验并推导了菲的基准阈值.此外,基于物种敏感性分布法(species sensitivity distribution,SSD)对本地和非本地物种之间的差异进行了比较,以期探究美国水生生物毒性数据在我国本土基准阈值推导过程中的可行性.结果显示,采用US EPA"指南"推荐的方法对菲本土水生生物急性基准阈值(CMC)和慢性基准阈值(CCC)进行了推导,分别为0.033 mg·L~(-1)和0.012 mg·L~(-1);另外,本土与美国物种敏感性分布不存在显著性差异,这表明存在使用美国水生生物毒性数据来推导我国菲水生生物基准阈值的可能性.     

甲萘威的淡水水生生物水质基准研究

为保护我国淡水水生生物,收集、筛选出5门23科44个物种的急性毒性数据和1门1科2个物种的慢性毒性数据,分别采用毒性百分数排序法和物种敏感度分布法,对我国甲萘威的淡水水生生物水质基准进行推导. 结果表明:我国淡水水生生物物种的急性毒性平均值范围为2.25～27 609 μg/L,甲壳纲急性毒性平均值范围为2.25～1 000 μg/L,鱼纲急性毒性平均值范围为700～27 609 μg/L,最敏感的物种为棘爪网纹溞,最不敏感的物种为胡鲶. 毒性百分数排序法推导出的基准最大浓度和基准连续浓度均为2.6 μg/L,物种敏感度分布法推导出的短期危险浓度和长期危险浓度分别为3.3和1.6 μg/L. 中美甲萘威的水质基准值差异归因于两国生物区系的不同. 甲壳纲对甲萘威的敏感度大于鱼纲. 初步统计表明,在22个天然水体样品中,有50%样品的甲萘威浓度高于淡水水质基准,存在环境风险.      

应用物种敏感性分布评估DDT和林丹对淡水生物的生态风险

介绍了利用物种敏感性分布（SSD）进行生态风险评价的原理与步骤,构建了淡水生物对DDT和林丹的物种敏感性分布.在此基础上,计算了DDT和林丹对不同类别生物的HC5(Hazardous Concentration for 5% the species)阈值,预测了不同浓度DDT和林丹对生物可能造成的危害,并比较了不同类别生物对DDT和林丹的敏感性,以及DDT和林丹对淡水生物的生态风险.结果表明,DDT和林丹对淡水生物的HC5值分别为1.70μg·L-1和5.96μg·L-1 ,DDT对生态系统的危害大于林丹.当DDT或林丹的浓度为5μg·L-1时,对生态系统仅有轻微影响,而当DDT或林丹的浓度为500μg·L-1时,将有81.5%的物种受到DDT的危害,或有68.1%的物种受到林丹的危害.不同类别生物对DDT的敏感性从甲壳类、昆虫和蜘蛛类到鱼类依次降低,对林丹的敏感性大小依次为昆虫和蜘蛛类、甲壳类、鱼类.与林丹相比,DDT对淡水脊椎动物与无脊椎动物以及甲壳类和鱼类的生态风险较大,而对昆虫和蜘蛛类,林丹与DDT的生态风险差别不大.     

多因子影响下铜的水质基准及生态风险

为探究特定水环境中多因子影响下的铜水质基准及生态风险,采用物种权重敏感度分布法、水效应比法和生物配体模型推导保护太湖水生生物铜的水质基准.根据推导结果,推荐采用最大浓度基准值(CMC)1.43 μg/L和持续浓度基准值(CCC)1.33 μg/L.结合水效应比法和生物配体模型,采用联合概率法评估太湖铜的生态风险.结果表明,两种方法下丰水期5%水生生物受到铜慢性毒性影响的概率分别为23.43%和39.43%,而未考虑多因子影响的风险概率为85.01%,高估了太湖铜生态风险.可见,水环境多因子对水质基准和生态风险的影响不容忽视,我国目前使用的铜标准可能无法保护特定区域的水生生物.考虑多因子影响可提高基准值推导和风险评估的科学性,避免"过保护"和"欠保护"现象.     

基于SSD方法比较中美物种对铜的敏感性差异

基于无机铜(以下简称铜)对中、美淡水水生动物的毒性数据,构建了中、美水生动物对铜的SSD(物种敏感度分布)曲线,比较了中、美物种的HC₅(hazardous concentration at 5th percentile of the species,保护95%以上物种的浓度水平)及其差异. 结果表明:在HC₅下,中国的水生动物对铜的敏感性排序为节肢动物>非节肢动物>鱼类,无脊椎动物>脊椎动物;而美国不同物种对铜的敏感性排序为非节肢动物>节肢动物>鱼类,无脊椎动物>脊椎动物. 根据铜短期暴露的HC₅对中、美物种敏感性进行比较可知,中国鱼类、节肢动物和脊椎动物的敏感性均大于美国相应物种;而中国非节肢无脊椎动物和无脊椎动物均小于美国相应物种. 研究所选的美国全部物种对铜的敏感性略高于中国物种,但二者仅相差0.52 μg/L. 除非节肢无脊椎动物外,中、美水生生物对铜的SSD敏感性分布均未见显著差异. 因此,在推导中国水质基准时应注重考虑敏感性物种(如节肢动物).      

中美淡水生物区系中汞物种敏感度分布比较

通过收集无机汞对中国与美国淡水水生生物的毒性数据,构建了脊椎动物(包括鱼类)、无脊椎动物(包括节肢动物和非节肢无脊椎动物)及所有物种对汞的物种敏感度分布(SSD:species sensitivity distributions)曲线,并在此基础上对中国和美国不同类别生物对汞的敏感性分布进行了分析.结果表明:中国与美国各类生物及所有物种对汞的SSD敏感性分布曲线没有显著差异.然而,中国淡水水生物种对汞短期暴露的HC5(hazardous concentration for 5% of the species)较美国淡水物种的阈值小,尤其是非节肢无脊椎动物,汞对美国非节肢动物的HC5值是我国对应物种的7.4倍.在保护95%的物种水平下,中国不同类别试验生物对汞的敏感性排序为无脊椎动物>脊椎动物,其中节肢动物>非节肢无脊椎动物>鱼类;而对应的美国生物对汞的敏感性排序无脊椎动物>脊椎动物,其中节肢动物>鱼类>非节肢无脊椎动物.另外,中美所有节肢动物对汞的敏感性要强于所有鱼类和所有非节肢无脊椎动物.所以在使用所有物种推导水质基准时应考虑其中各类别物种敏感度分布的影响,且需要注意采用美国淡水水生物种推导的水质基准可能会对我国淡水水生物种造成"保护不足".     

锑的淡水水质基准及其对我国水质标准的启示

针对我国锑水生生物水质基准缺乏的问题，收集筛选了锑对淡水水生生物的急性和慢性毒性数据，使用评价因子法、毒性百分数排序法和物种敏感度分布法分别推导我国锑的淡水水质基准，通过综合分析和比较，选择物种敏感度分布法推导的急性和慢性的水质基准值（466.62μg/L和88.71μg/L）作为最终的基准推荐值.通过与国内外现有锑相关水质标准进行比较，提出在我国相关水质标准修订中分别制定保护水生生物和人体健康水质标准的建议，避免水质标准对水生生物的"过保护"问题.     

水质基准方法学中若干关键技术探讨

我国正在开展系统的水质基准研究,对发达国家的水质基准理论和技术处于学习和研究阶段. 物种敏感度分布分析、“最少毒性数据需求”以及基准的修正是水质基准推算中的若干关键技术. 以氨氮水生生物基准为例,对这些关键技术进行了研究与探讨,提出在我国本土生物毒性数据缺乏的情况下可在种的水平上对水质基准进行推算. 另外,可先利用全部生物的毒性数据进行物种敏感度分析,确定需重点获取的敏感生物类群的毒性数据,再用于基准推算,有望降低推算过程中对毒性数据量的需求. 最后,基于中美生物物种分布的差异,借鉴美国修订国家水质基准的水效应比法,提出利用生物效应比法对美国国家水质基准进行修订以获取我国水质基准.      

外循环三相流化床-人工湿地系统处理渗滤液可行性研究

采用外循环三相流化床-人工湿地的组合工艺对垃圾渗滤液进行处理,主要探讨通过该组合工艺后,出水水质的变化.结果表明,进水COD 4 000 mg.L-1、NH4+-N 300 mg.L-1通过外循环流化床后,COD、NH4+-N分别稳定在1 500 mg.L-1和150 mg.L-1左右;Cd、Zn、Pb含量也均稍有下降,通过人工湿地后,COD、NH4+-N则分别下降到200 mg.L-1和10 mg.L-1左右.Cd、Zn、Pb的含量在分别从进水的0.12 mg.L-1、3.0 mg.L-1和1.4 mg.L-1下降到0.01 mg.L-1、0.5 mg.L-1和0.1 mg.L-1左右.通过不同植被的湿地进行横向比较,发现无论何种植被的湿地,对该组合工艺的处理效果影响不大.