水环境重金属污染评价方法综述

水环境重金属污染评价方法综述

水是生命之源。它在自然界和人类社会的产生和发展中发挥着不可替代的作用。随着全球经济和社会的发展,人类社会对水的需求量迅速增长。近50年来,人类对淡水的消耗量增加了3倍,并且这种趋势无法阻挡。由此产生大量的废水未加处理,不能循环使用,造成水环境污染,严重影响水生生态系统的结构、功能和水资源的利用,使得世界上许多国家和地区出现水资源危机。由各种渠道进入水环境的重金属,其含量超过一定限量,便造成水环境污染。水环境重金属污染不但造成重大经济损失,还严重危害着包括人类在内的各种生命体的健康与生存。1水环境重金属污染的概念水环境主要包括河流、湖泊、水库、海洋以及经人类加工的工业用水、排放水和生活饮用水等水体的环境。水环境重金属污染,是指排入水体的重金属物质超过了水的自净能力,使水的组成及其性质发生变化,从而使水环境中生物生长条件恶化,并使人类生活和健康受到不良影响的行为。近年来,不论是国外还是国内,随着工农业以及经济的迅猛发展,各类水环境中重金属污染日趋加剧已成为不争的事实。1.1重金属污染严重我国作为饮用水水源的地表水主要为河流、湖泊及水库。有关部门对这几类水体的监测情况分析认为,主要的重金属污染为汞。地表水饮用水源的镉污染仅次于汞,铬和铅污染也比较普遍,其它重金属如镍、铊、铍、铜在中国各类地表水饮用水体中的超标现象也很严重。长江是我国最大的河流,徐小清等研究报道,三峡库区江段沉积物中重金属元素含量主要受上游泥沙以及沿江城市和工厂“三废”排放的影响,已受到不同程度的污染。贵州和四川的汞矿开发已对乌江下游的生态与环境产生较大的影响,如洪渡河已遭到严重的汞污染。Zhang等通过沿长江河口五个工业点的调查发现,石洞口由于附近污染物的直接排放,Cu、Zn和Pb的浓度最高。黄河、珠江、海河等也受到不同重金属不同程度的污染。太湖是我国的第三大淡水湖,在区域经济和社会发展中具有举足轻重的地位。据戴秀丽和孙成报道,太湖沉积物中重金属污染可划分为3个区域,Cu的污染级别高于其它污染金属。作为吉林市、长春市饮用水源地的松花湖,与20世纪80年代初相比,入湖河流沉积物重金属,特别是汞的污染有加重趋势,生物体内重金属汞呈明显富集。由于工业“三废”的排放及酸雨的影响,进入江河等的污染物最终流入海洋,造成海水中重金属负荷加重。据监测,大连湾底泥中污染物几乎全部超标。渤海锦州湾底泥中重金属Zn、Pb、Cd和Hg等超标达150倍以上,致使底栖生物体内有毒重金属大大超过国家食品卫生标准。由此可见,博大的海洋也未能幸免于重金属的污染,如不重视和控制,将愈发严重。1.2国外水环境中重金属污染1.2.1重金属环境的污染国外水环境受重金属污染的报道也比较多。Weber报道,如今,美国大约有15000家公司从事电镀和金属磨光,这些公司直接或间接地排放工业废水,造成了水环境的重金属污染。Thornton报道,英国威尔士南部港口城市斯旺西作为世界金属熔炼工业中心,导致了水环境Cu、Zn、Pb、Cd等重金属污染。在丹麦的哥本哈根海港,Holmen作为前海军基地以轮船制造、修理和化工厂为主。经调查研究该地区的浅海沉积物被重金属等所污染。在波兰,采矿和冶炼产生大量的废物,引起土壤、空气、河水和地下水污染,尤其重金属污染和氯化物令人担忧。大约50%的地表水甚至达不到水质三级标准。1.2.2纳菲尔湖的污染环境印度为发展中国家,其农业和居住仍以家庭为单位。农业污染源广泛,大量的人口、农业返还水和洗涤、渗流已引起水环境的污染。其中最主要的问题是在洪水期间洗涤,引起包括重金属污染在内的各种环境问题,使得河水不适合使用。纳塞尔湖位于埃及南部,它是世界上最大的人工湖泊。据Rashed报道,由于化学肥料和杀虫剂在该地区农场的使用,导致水污染,并且使鱼类受到重金属的毒害。研究表明在鱼的各器官中,鱼肝积累的Cu和Zn的量最高。1.3水环境重金属污染的主要来源分析国内外水环境重金属污染现状,可以看出重金属污染主要包括Cu、Cr、Zn、Cd、Pb、Hg等。重金属污染主要来源于化工、采矿、金属冶炼及加工、电镀、轮船制造等行业,以及农用杀虫剂和生活污水。不同的国家其水环境重金属污染的主要来源有所不同,但总的来说,工业发达国家水环境重金属污染程度及类型受工业“三废”排放的影响很大,例如美国的电镀、英国的金属熔炼、波兰的采矿等,而作为工业不发达国家的印度和一些非洲国家则主要来源于化肥和杀虫剂等施用造成的农业面源污染。这些行业应引起重视,重点监督、管理和控制。2重金属污染水环境质量评价标准为保护水资源,防止和控制水质污染,保障人民健康,维持生态平衡,国内外水环境保护机构制定了一系列相应的评价水质的标准和方法,这些标准和方法也适用于水环境重金属污染。2.1水环境质量标准根据我国的实际情况有关职能部门已制定了一系列水环境重金属污染的指标,如《GHZB1-1999地表水环境质量标准》、《GB/T14848-93地下水质量标准》、《GB3097-1997海洋水质标准》、《GB5749-85生活饮用水卫生标准》、《GB11607-89渔业水质标准》等一系列水环境质量标准,并先后开始执行。2.2我国的水质标准由于全球水环境重金属污染的普遍性和严重性,世界卫生组织和许多发达国家也制定了相关的评价和保护标准。制订标准在环境保护中具有重要作用,它是衡量环境是否被污染的尺码,是实际操作的指南。将我国和其他国家的水质标准进行比较可以看出,我国的地表水水质标准中As含量与美国、巴西的标准差不多,加拿大、原联邦德国、瑞士要求还严格一些。Ⅴ类水Cd含量与美国推荐的最高值和加拿大、巴西等一致,瑞士的标准与Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类一致。Pb、Cr含量以加拿大、巴西、美国最高,均为0.05mg/L,比我国Ⅴ类水(均为0.1mg/L)严格。Cu含量与美国、巴西差不多,德国要求较严。Mn含量在美国、加拿大、巴西等国要求比我国严格一点。而Hg、Zn含量在我国要求还是比较严格的。另外,我国的饮用水水质标准中Fe、Mn、Cu、Zn标准浓度达不到世界卫生组织的理想标准,但在世界卫生组织允许的最高浓度以内。3关于重金属污染的评价对于水环境中重金属污染的评价方法主要包括两方面:一是水质直接评价方法,二是沉积物评价方法。目前国内对水质评价的方法通常有指数法、综合分级法、概率统计法、模糊数学法等。田卫等采用单项标准指数法对吉林省主要河流进行了评价。林洪瑛和韩舞鹰采用单项标准指数法和综合指数WQI法对珠江口伶仃洋枯水期十年前后的水质进行了评价。李建军等采用综合指数法评价了辽东湾浅水区海域水质综合环境现状。谷国传等选用模糊理论水质评价法对南汇咀-嵊泗海域水环境重金属元素分布及其污染进行了评价。张龙江介绍了水质评价的模糊综合评判-加权平均复合模型的应用。许多学者认为,沉积物是水环境重金属污染的指示剂。因此,中外学者常通过对沉积物的分析来评价水体重金属污染的情况。沉积物质量评价方法,主要包括化学分析指数法、生物监测法和化学与生物学相结合的方法等。化学分析指数法包括地积累指数法、元素富集指数法、对比度和阈值、潜在生态危害指数法、脸谱法等。生物学方法有整体沉积物毒性检验、底栖生物评价法等。戴秀丽和孙成对太湖沉积物中重金属污染状况及分布特征用“地积累指数法”和“多变量Chemoff脸谱图法”进行了评价。何孟常介绍了“对比度和阈值”、“元素富集指数法”、“潜在生态危害指数法”等方法。化学、生物学等方法已被广泛应用于评价水环境中的重金属污染。但是,各种方法都有它自己的优缺点。物理或化学方法不但繁琐、费时、费用高,且获得的结果不能直接反映特定水环境的毒性潜力。生物学方法敏感、简单、经济,但受环境影响大。因此,在实际研究工作中,很难用单一的评价方法来解决复杂的环境问题。化学与生物学相结合的方法可能是比较有效的评价方法。C-B-T质量三合一方法(Triad)是一种化学和生物学综合的方法。在综合数据库CERP-DBMS支持下,利用水体沉积物质量三合一工具(Triad),通过将化学分析(C)、毒性鉴定(T)和底栖群落结构变化(B)三基元集成为一体的三轴图和相应的响应信息判断矩阵进行评价。刘文新和汤鸿霄介绍了C-B-T质量三合一方法(Triad)对河流沉积物重金属污染质量控制基准的研究。He等和何孟常等对乐安江重金属污染物的化学、毒物学和生态学进行了评价。另外,相平衡分配方法(EqP)也是一种化学和生物学综合的方法。刘文新等介绍了相平衡分配方法(EqP)对河流沉积物重金属污染质量控制基准的研究,并用EqP法对乐安江的重金属污染状况进行了评价。韩建波等报道了平衡分配法评价有毒金属沾污沉积物的应用研究。4重金属的污染综上所述,水环境重金属污染问题已十分突出。水环境重金属污染的来源主要是化工、采矿、金属冶炼及加工、电镀、轮船制造等行业,