Toxicities and risk assessment of heavy metals in sediments of Taihu Lake, China, based on sediment quality guidelines

The occurrence, toxicities, and ecological risks of five heavy metals(Pb, Cu, Cd, Zn and Ni) in the sediment of Taihu Lake were investigated in this study. To evaluate the toxicities caused by the heavy metals, the toxicities induced by organic contaminants and ammonia in the sediments were screened out with activated carbon and zeolite. The toxicities of heavy metals in sediments were tested with benthic invertebrates(tubificid and chironomid).The correlations between toxicity of sediment and the sediment quality guidelines(SQGs)derived previously were evaluated. There were significant correlations(p 0.0001) between the observed toxicities and the total risk quotients of the heavy metals based on SQGs,indicating that threshold effect level(TEL) and probable effect level(PEL) were reliable to predict the toxicities of heavy metals in the sediments of Taihu Lake. By contrast, the method based on acid volatile sulfides(AVS) and simultaneously extracted metals(SEM),such as ∑SEM/AVS and ∑SEM-AVS, did not show correlations with the toxicities. Moreover,the predictive ability of SQGs was confirmed by a total predicting accuracy of 77%. Ecological risk assessment based on TELs and PELs showed that the contaminations of Pb, Cu, Cd and Zn in the sediments of Taihu Lake were at relatively low or medium levels. The risks caused by heavy metals in the sediments of northern bay of the lake, which received more wastewater discharge from upper stream, were higher than other area of the lake.     

西江上游有色金属产业集聚区河流沉积物重金属空间分布特征与来源解析

为研究西江上游有色金属产业聚集区对河流沉积物环境的影响,在西江上游的刁江、龙江、融江和柳江四条河流选取12个采样点,分析测定了10种重金属元素（Cu、Zn、Pb、Cd、As、Cr、Ni、Tl、Sb和Hg）在沉积物中的含量,采用相关分析、主成分分析、聚类分析和Pb同位素示踪技术剖析沉积物中重金属的分布特征与污染来源.结果表明:① 污染物含量方面,沉积物中w（As）、w（Pb）、w（Cd）、w（Ni）、w（Zn）、w（Cu）、w（Tl）、w（Hg）、w（Sb）、w（Cr）平均值分别为95.42、113.09、4.92、28.03、416.51、27.07、0.75、0.31、34.02、57.58 mg/kg,w（As）、w（Sb）、w（Zn）、w（Pb）和w（Cd）的变化较大,分异显著,受外来源影响较大.② 空间上,内梅罗指数结果显示,刁江沉积物中重金属污染程度最高,龙江次之,融江和柳江较低.③ 污染物来源方面,As、Pb、Cd、Zn、Cu和Sb具有同源性,与西江上游有色金属聚集区矿产开发有关,Ni、Tl、Hg和Cr具有同源性,与地质背景自然源因子有关;沉积物样品206Pb/207Pb变化范围为1.08~1.19,4条河流沉积物Pb同位素比值与大厂、车河矿石同位素比值接近程度依次为刁江、龙江、融江、柳江.Pb同位素示踪分析结果进一步验证了刁江和龙江沉积物中重金属主要受有色金属采选冶矿业活动影响,融江、柳江沉积物中重金属主要由地质背景自然源因子所致.      

成都西南郊区春季PM2.5中元素特征及重金属潜在生态风险评价

于2012年和2014年春季在成都西南郊区采集PM_(2.5)样品,采用重量法测定PM_(2.5)的浓度,利用X射线荧光光谱法测定PM_(2.5)中24种元素的质量浓度,运用地累积指数法和富集因子法分别讨论了PM_(2.5)中元素的污染特征、富集程度及来源,并用潜在生态风险指数法对PM_(2.5)中重金属的潜在生态风险进行评价.结果表明,成都西南郊区春季PM_(2.5)的质量浓度处于相对较高的水平;PM_(2.5)中元素组成特征表现为K和S的质量分数最高,Ga、Cs、Co、Cd、V的质量分数最低.国内外典型城市比较发现,不同城市PM_(2.5)中元素质量浓度水平存在较大差异.地累积指数结果表明,PM_(2.5)中As、Br、S、Cd、Se、Pb、Cl和Zn污染程度较严重.富集因子分析表明,PM_(2.5)中Se、Cd为超富集,As、Br、Cl、Pb、Zn、S为高度富集,Cu、Cs、Ni、Ga、Co为中度富集,这些元素主要受人为污染影响,受自然源的影响很小;Cr、Mn、Ca、V为轻度富集,受自然源和人为源的共同作用;Na、Ti、Al、Si和Mg为基本无富集或微量富集,主要来自于土壤尘或扬尘源.潜在生态危害指数法评价显示,PM_(2.5)中重金属单因子潜在生态危害程度大小为CdAsPbCuZnNiCoCrMnVTi,重金属联合的潜在生态风险为极强,Cd是多种重金属联合的潜在生态风险指数中的主要贡献因子.     

准东煤炭产业区周边土壤重金属污染与健康风险的空间分布特征

以新疆准东煤炭产业区周边土壤重金属为研究对象,土壤按照0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm分层取样,共采集156个土壤样品,测定了Zn、Cu、Cr、Pb、Hg和As共6种重金属含量,采用污染负荷指数（PLI）和美国环保署的健康风险模型评价了不同土壤深度重金属污染程度和对人体的健康风险,进一步利用多元统计分析、地统计分析和GIS技术研究了评价结果的差异显著性、空间变异结构和分布格局,并利用交叉验证方法检验了预测精度. 结果表明,Zn、Cu、Pb的含量范围为46.06~48.00、18.37~19.271、11.30~13.29 mg·kg^-1,与新疆背景值相比均未超标;Cr、Hg、As的含量范围为80.29~85.42、0.06~0.07、30.64~31.52 mg·kg^-1,与新疆背景值相比均超标,且超标率为60%以上;研究区土壤污染负荷（PLI）大小顺序为PLI_{0~10 cm}（1.35）> PLI_{20~30 cm}（1.28）> PLI_{10~20 cm}（1.25）,属于轻度污染;非致癌风险（HI）大小顺序为HI_{0~10 cm}（2.53E-01））> HI_{20~30 cm}（2.48E-01）> HI_{10~20 cm}（2.43E-01）,不存在非致癌健康风险;致癌风险（TCR）大小顺序为TCR_{0~10 cm}（2.81E-05）> TCR_{20~30 cm}（2.80E-05）> TCR_{10~20 cm}（2.74E-05）,存在可接受的致癌风险;方差分析得出不同土壤深度PLI、HI和TCR显著性水平分别为0.863、0.134、0.056,表明差异不显著;地统计分析表明,0~10 cm土壤深度Zn、Cu和As含量高值区位于产业区附近及其北部,Pb含量高值区组合成明显的“V”形高值带,Hg含量高值区位于中南部,Cr含量高值区以各产业区为中心向四周辐射状递减;PLI、HI和TCR高值区均位于研究区西北和东北方向,PLI随土壤深度增加中度污染区域逐渐减小,HI和TCR随深度增加高值区面积无明显变化. 总之,人口聚集的6个产业区附近及北部为重金属污染程度和人体健康风险高值区,特别是Cr、Hg、As污染程度较严重,As对人体健康风险贡献率最大,应当引起重视.     

西南地区某钨锡矿区土壤重金属污染状况及健康风险评价研究

研究通过内梅罗综合污染指数法和改进的美国EPA人体暴露风险方法,评价中国西南地区某钨锡矿区土壤环境质量及土壤-人体的健康风险,其风险评估的结果具有指导意义.研究结果表明,矿区南侧、东侧土壤重金属对周边居民健康有一定的潜在风险,重金属砷对矿区居民健康构成威胁,这与当地多年钨锡矿采选活动中重金属的传输、扩散、积累密切相关.建议在土壤重污染区域开展土壤修复治理,改种非食物链经济作物.     

废旧锂电池中有价金属的回收技术研究

锂电池以其优异的性能得到了广泛的应用,其废弃量也在逐步增加.如果不对其进行有效的处理回收,不仅给环境保护带来巨大的压力,而且也会造成钴、锂、镍和锰等有价金属的极大浪费.综述了国内外对废旧锂电池回收技术的研究现状,比较了不同回收途径的优缺点,讨论了回收技术的发展方向,着重介绍了共沉淀法在废旧锂电池有价金属回收中的应用.此外,随着锂离子电池生产技术的发展,新的电极材料将会出现并取代过渡金属氧化物,同时也需要相应的电解液与之匹配,这将向废旧锂电池回收技术提出了新的要求.     

津北大气干湿沉降重金属元素通量与评价研究

大气干湿沉降是有害物质进入土壤的一种重要途径,是影响农田生态系统安全的重要因素.天津市北部的蓟州区大气干湿沉降重金属元素具有以下特征:(1)大气干湿沉降重金属元素年沉降通量从大到小依次为Zn>Pb>Cr>Cu>Ni>As>Cd>Hg,Zn、Pb是大气干湿沉降重金属元素中最主要的元素,山区年沉降通量小于平原区,表明山区空气环境质量相对于平原区好,与天津城区、北京平原区、全国相比,津北蓟州区大气干湿沉降重金属各元素年沉降通量均相对较低;(2)大气干湿沉降物输入浓度中,Cd、Pb、Zn、Hg显著高于蓟州区土壤含量平均值,尤其是Cd,表明大气干湿沉降可能是土壤中Cd的重要来源;(3)根据大气干湿沉降物环境地球化学评价结果,大气干湿沉降物环境地球化学单指标和综合指标评价结果均为一等,表明该地区大气环境质量很好.     

江苏省浅水湖泊表层沉积物重金属GIS空间分布及生态风险评价

为了解江苏省内浅水湖泊表层沉积物中重金属污染情况,对该省内11个湖泊表层沉积物进行采样,测定了As、Cr、Cu、Pb、Zn、Ni这6种重金属的含量.利用GIS对重金属进行空间分布分析,并采用地累积指数法、改进的污染指数法、污染负荷法和潜在生态风险指数法对沉积物中重金属污染情况进行评价.结果表明,研究湖泊表层沉积物中,As、Cu、Zn、Cr、Pb、Ni平均含量占江苏省土壤背景值的倍数分别为1.74~3.85、0.65~2.66、0.48~3.56、0.43~1.52、0.02~1.49和0.12~1.42,根据地累积指数法和潜在生态风险单项金属评价结果,As为主要污染物,不仅富集程度高而且具有较大的潜在生态风险,Cu次之,其余几种重金属污染程度相对较轻.综合几种评价方法的结果,三氿湖、高邮湖、邵伯湖表层沉积物中重金属污染情况相对最严重,污染负荷最大,潜在生态风险达到中等程度;滆湖、白马湖、洪泽湖表层沉积物中部分区域存在某些金属的污染,整体污染有加重趋势,沉积物中重金属污染负荷较大,潜在生态风险达到中等程度;其余5个湖泊,沉积物受重金属污染的风险以及污染负荷均较小,整体为无污染状态.     

长江口沉积物重金属赋存形态及风险特征

基于长江口沉积物8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn)总量与形态在丰、平、枯水期以及14个典型点位的分布特征,通过平衡分配法建立了长江口沉积物质量基准(SQGs),并以此评价长江口沉积物重金属生态风险,揭示重金属生态风险与其形态特征间的相关关系.结果表明,除Cd之外,长江口沉积物重金属以残渣态为主导形态,尤其是As、Cr、Hg,其残渣态含量均为90%以上.长江口As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn的沉积物质量基准分别为43.29、0.672、79.65、19.08、0.569、339.09、30.87、411.36μg·g~(-1).Cu的生态风险程度最高,对水生生物具有较大的毒性影响,应当引起重视.河口上游受到长江径流影响大,在丰水期风险较高,在平水期和枯水期则风险偏低;而下游受上海等城市排污影响较大,风险较高(尤其在平水期和枯水期).8种重金属的生态风险与赋存形态之间表现出3种不同的相关关系.     

富里酸对重金属在沉积物上吸附及形态分布的影响

以连续碱提取法获得的乌梁素海沉积物中的富里酸为基础,以原状沉积物和去除有机质沉积物为吸附剂,开展了富里酸对重金属在沉积物上吸附行为和形态分布的影响实验研究.结果表明,有机质的去除和富里酸的添加对沉积物吸附重金属均有一定影响;未添加富里酸条件下,有机质的去除对Cu~(2+)影响最大,可导致沉积物对Cu~(2+)的吸附率下降17.85%;随富里酸添加量的增加,2种沉积物对重金属离子的吸附率均逐渐降低,下降速率表现为Cu~(2+)?Cd~(2+)Zn~(2+)Pb~(2+);当富里酸添加量超过5%时,富里酸逐渐成为影响重金属离子吸附率下降的主导因素;随富里酸添加量的增加,原状沉积物和去除有机质沉积物中重金属的形态分布均有明显变化,添加富里酸增加了体系中H~+的浓度,H~+能够置换碳酸盐结合态金属,使碳酸盐结合态金属从沉积物中释放出来,从而导致重金属的碳酸盐结合态与富里酸添加量呈显著负相关,重金属的有机硫化物结合态含量与富里酸添加量呈显著正相关,Cd因亲有机性较弱,其有机硫化物结合态的含量最低且变化幅度最小.