（环境科学专业论文）上海饮用水源地hg、as等重金属的分布特征及其风险评价.pdf

在e 0 5 e 0 3 a 1 之间，综合致癌风险平均值均高于e o 乱e 0 4 a 。1 的国际推荐 最大可接受水平，表明基因毒物质a s 、c r 、c d 通过饮水途径对暴露人群产 生的致癌危害极大，改善上海市水源地水质的任务刻不容缓。 5 对水源地表层沉积物的地累积指数评价结果表明：c d 的污染等级最高。潜 在生态危害指数评价结果显示：干流的潜在生态危害指数r 最低，处于轻 微阶段，支流和水库平均危害指数均处于中强级；水源地沉积物的综合污染 程度均处于中等污染水平；c d 、h g 的潜在生态危害系数在各个区域均表现 为比较强的危害水平。 6 对水源地土壤的地累积指数评价结果表明：h g 的污染程度最严重，3 6 的样 点处于中等污染水平。潜在生态危害指数评价结果显示，水源地土壤的平均 风险程度为中强；单个重金属潜在生态危害系数亦是h g 的最大，大部分样 点为强级危害水平以上。 7 螺蛳肉中c d 、p b 、z n 和c u 含量远超过食用标准，p b 超标最严重，平均含 量为0 0 5 9 9 m g k g ，是可食用标准的1 3 倍。豇豆中重金属通过食入途径对儿 童的健康风险值均大于成人，基因毒物质的风险值在e o 钆e 一0 2 a 1 之间，是 最大可接受水平的1 0 0 到1 0 0 0 0 倍；躯体毒物质的风险值在e 0 7 e 一0 6 a - 1 之 间，部分样点高于e 0 6 a - 1 的最大可接受水平。 8 沉积物中h g 主要以残渣态和腐殖酸络合态为主，交换态和水溶念所占比例 亦较大，表明上海市水源地沉积物生物活性较强，对上部水体的潜在危害较 大。土壤中h g 的主要存在形态为残渣态、强有机质结合态和腐殖酸络合态， 水溶态和交换态大部分样点含量低于检测限，水源地土壤生物有效性较低。 9 h g 的沉积物再悬浮初步模拟试验结果表明，随着时间的推移及水动力作用 的加剧，沉积物中h g 不断向上部水和悬浮颗粒物中释放，实验前表层沉积 物中h g 含量是实验后的4 7 倍。 关键词：上海市，饮用水源地，重金属，水，沉积物，土壤，大型底栖动物，分 布特征，风险评价 n a b s t r a c t w a t e ri so n eo ft h ei m p o r t a n tn a t m a lr e s o u r c e ，i tc o u l da f f e c ta n t h r o p o g e n i ch e a l t h b ys e v e r a la p p r o a c h e s h e a v ym e t a l ss u c ha sh g 、a s ，a st h ei m p o r t a n tp a r to f p e r s i s t e n tt o x i cs u b s t a n c e s ，a r eb e i n ga t t a c h e dm o r ea n dm o r ei m p o r t a n c e s h a n g h a ii s ap o l l u t i o n - i n d u c e dw a t e rs h o r t a g ec i t y , t h o u g hi ti sl o c a t e di np l a i nr i v e rn e t w o r ko f e a s t e r nc h i n a t h u ss t u d yo nh e a v ym e t a l so fd r i n k i n gw a t e rs o u r c eh a sa k e yr o l ei n i m p r o v i n gw a t e rq u a l i t ya n dp r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to fs o c i e t y , e c o n o m y , e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t w i t ht h es u p p o r to ft h ek e yp r o g r a mo fs h a n g h a is c i e n c e f o u n d a t i o nt h ee n v i r o n m e n t a l p o l l u t i o np r o c e s sa n dc o n t r o lt e c h n o l o g i e so f e n d o c r i n ed i s r u p t o r si n s h a n g h a id r i n k i n gw a t e ra r e a ，t h eb i d d i n gp r o j e c to f s h a n g h a ie n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nb u r e a u t h es o u r c ei n v e s t i g a t i o na n ds t r a t e g i e s r e s e a r c ho fp e r s i s t e n tt o x i cs u b s t a n c e si ns h a n g h a i ”，a n dt h en a t i o n a ln a t u r es c i e n c e k e yf o u n d a t i o n r e s u s p e n s i o nr e l e a s eo fs e d i m e n th e a v ym e t a l sa n dw a t e rq u a l i t y s a f e t yi nd r i n k i n gw a t e rs o u r c e ，t h ec o n c e n t r a t i o na n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co f8 h e a v ym e t a l si nw a t e r , s e d i m e n t , s o i la n do r g a n i s mw e r es t u d i e di nt h ep a p e r a p a r t f r o mi t ，h e a l t hr i s ka s s e s s m e n to fh e a v ym e t a l si nw a t e ra n do r g a n i s m ，p o l l u t i o n a s s e s s m e n to fh e a v ym e t a l si ns e d i m e n ta n ds o i l ，t h es o u r c eo fh e a v ym e t a l si n d r i n k i n gw a t e ri ns h a n g h a ic i t yw e r ea l s os t u d i e di no r d e rt op r o v i d es c i e n t i f i cb a s i s f o rd r i n k i n gw a t e r s a f e t yi ns h a n g h a ic i t y t h e i m p o r t a n tp r o g r e s s e sm a d ei nt h ea r t i c l ea r ea sf o l l o w s ： 1 h gp o l l u t i o ni sv e r ys e r i o u si nw a t e r 1 1 1 ec o n c e n t r a t i o no f 、h gr a n g e df r o m 0 0 4 0 7t o0 2 2 8 7 1 x g l t h ec o n c e n t r a t i o no fh gi n8 5 6 s a m p l e se x c e e d e dt h e i i is t a n d a r do f t h es t a n d a r do fs u r f a c ew a t e rq u a l i t yi np e o p l e sr e p u b l i co f c h i n a a c c o r d i n gt os o i lb a c k g r o u n dv a l u eo fs h a n g h a ic i t y , t h ec o n c e n t r a t i o n o fc di n9 7 1 s a m p l e so fs e d i m e n te x c e e d e dt h i ss t a n d a r d a n dt h e c o n c e n t r a t i o no fr i gi n6 2 5 s a m p l e se x c e e d e di t t h ec o n c e n t r a t i o no fc da n d h gr a n g e df r o m0 0 8 71 t o0 918 7 m g k ga n d0 0 4 7 9t o0 416 9 m g k g t h e c o n c e n t r a t i o no f h e a v ym e t a l si nt r u n ko fh u a n g p ur i v e rw a sh i g h e rt h a nt h a to f b r a n c ho f h u a n g p ur i v e ra n dc h e n h a n gr e s e r v o i ri nw a t e r , b u ti tw a sc o n t r a r yi n s e d i m e n t t h e r ee x i s t e da no b v i o u sn e g a t i v er e l a t i o n s h i p ( p = 0 0 1 ) b e t w e e nt h e c o n c e n t r a t i o no fc d ，c u ，z n ，p b ，c r n ii nw a t e ra n dp h ，t e m p e r a t u r e t h e c o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a l sw a sc l o s e l yr e l a t e dt ot h ep a t i c l es i z ea n do r g a n i c m a t t e ri ns e d i m e n t s 2 i nc o n t r a s tt ot h es o i lb a c k g r o u n dv a l u eo fs h a n g h a ic i t y , t h ea c c u m u l a t i o no f i i i h g ，r a n g i n gf r o m0 0 8 3 5m g k gt o1 0 18 5 m g k g , a v e r a g i n g0 3 3 2 1 m g k g ，w a s h i g h e s ta n d3 3t i m e sh i g h e rt h a nt h es o i lb a c k g r o u n dv a l u e r e l a t i o na n a l y s i s p r o v e dt h a tp h y s i c c h e m i s t r yp a r a m e t e r sh a da l li n a p p a r e n ti m p a c to nt h e c o n c e n t r a t i o no fs o i lh e a v ym e t a l s t h ea c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l si nb e l l a m y ap u r i f i c a t a m e a t , b e l l a m y a p u r i f i c a t as h e l l ，c o r b i c u l af l u m i n e aa n dc r a bw a sd i f f e r e n t t ob ee x a c t ， c o n c e n t r a t i o no fm a j o r i t yo fe l e m e n t si nb e l l a m y ap u r i f i c a t am e a tw a st h eh i g h e s t a n dt h a ti nb e l l a m y ap u r i f i c a t as h e l lw a st h el o w e s t t h ec o n c e n t r a t i o no fl i f e e s s e n t i a le l e m e n t s ( c u ，z n ，c r , n i ) e x c e e d e dt h a to fl i f en o n e s s e n t i a le l e m e n t s ( p b ， c d ，h g ，a s ) i ns t u d i e do r g a n i s m s t h ee n r i c h m e n tc o m p e t e n c eo fc ri n m a c r o b e n t o ss u r p a s s e dt h a to fo t h e re l e m e n t s t h ec o n c e n t r a t i o no fc ri nc o w p e a i na l ls a m p l e se x c e e d e dt h em a x i m u ml i m i t e ds t a n d a r d so ff o o dc o n t a m i n a n t s t h ea v e r a g eh e a l t hr i s kv a l u eo fe n f a n tw a sb i g g e rt h a nt h a to fa d u l ta f f e c t e db y c a r c i n o g e n s ( a s ，c r , c d ) a n dn o n c a r c i n o g e n s ( c u ，p b ，z n ，h 曲i nd r i n k i n gw a t e r i ns h a n g h a i t h ea v e r a g er i s kv a l u eo fa s ，c r c dr a n g e df r o m10 5t o1 0 - 3 a - 1 ， c a r c i n o g e n i ca v e r a g er i s kv a l u ew a sb i g g e rt h a nt h em a x i m a la c c e p t a n tl e v e l 10 _ 6 , - 10 4 a - 1 1 1 1 ec a r c i n o g e n i ch a r mo fa s ，c r , c di m p o s e do np e o p l ew a s r e m a r k a b l eb yd r i n k i n gw a t e r , s oi tw a su r g e n tt oi m p r o v et h ew a t e rq u a l i t yo f s h a n g h a ic i t y h e a v ym e t a l si ns u r f a c es e d i m e n tw e r ea s s e s s e db yg e o a c c m u l a t i o ni n d e xa n d p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x t h ef o r m e ri n d i c a t e dt h a tc dp o l l u t i o nw a sm o s t s e r i o u s t h el a t t e ri n d i c a t e dt h a tr io ft r u n kw a st h el o w e rt h a nb r a n c ha n d r e s e r v o i r a c c o r d i n gt op o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x ，t h ee c o l o g i c a lh a r mo fc d ， h g w a s r e l a t i v e l yr e m a r k a b l ei ne a c hd i s t r i c t s h e a v ym e t a l si ns u r f a c es o i lw e r ea s s e s s e db yg e o a c e m u l a t i o ni n d e xa n d p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ki n d e x t h ef o r m e ri n d i c a t e dt h a th gp o l l u t i o nw a sm o s t s e r i o u sa n d3 6 s a m p l e sw e r ei nt h em e d i u mp o l l u t i o nl e v e l t h el a t t e ri n d i c a t e d t h a tt h ea v e r a g er i s kg r a d ei ns o i lw a sm i d d l es t r e n g t h a c c o r d i n gt op o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s ki n d e x ，t h eh a r mo fh gi nm a j o r i t yo fs a m p l e sw a si nt h es t r o n g h a r ml e v e l t h ec o n c e n t r a t i o no fc d ，p b ，z na n dc ui nb e l l a m y ap u r i f i c a t am e a ts u r p a s s e d e d i b l es t a n d a r d ，e s p e c i a l l yp b ，i t sc o n c e n t r a t i o nw a s13t i m e sh i g h e rt h a ne d i b l e s t a n d a r d h e a v ym e t a l si nc o w p e aw e r ea s s e s s e da n di n d i c a t e dt h a tt h ei m p a c to f h e a v ym e t a l so ne n f a n tw a sf a rb i g g e rt h a na d u l t t h er i s ko fa s ，c r , c dr a n g e d i v 支 禾 生 & z f r o m10 4 a 1t o10 。2 a 1a n dw a s10 0 - 。10 0 0 0t i m e s h i g h o rt h a nt h em a x i m a l a c c e p t a n tl e v e l t h er i s kv a l u eo fc u ，p b ，z n ，h gr a n g e df r o m10 。7 a lt o10 - 6 a - l a n dt h a to fs o m es a m p l e sw a sh i g h e rt h a nt h em a x i m a la c c e p t a n tl e v e l ( 1 0 - 6 a - 1 ) t h es p e c i a t i o n so fh gi ns e d i m e n tw e r ep r i m a r i l yr e s i d u a la n dh u m i da c i d c o m p l e xf o r m t h ep r o p o r t i o no fe x c h a n g e a b l ea n dw a t e rs o l u b l ef o r m w e r ea l s o v e r yl a r g e ，w h i c hi n d i c a t e dt h es e d i m e n tb i o a c t i v i t yw a si n t e n s ei nd r i n k i n gw a t e r s o u r c ea n dw a so fl a t e n th a r mt oo v e r l y i n gw a t e r t h es p e c i a t i o n so f h gi ns o i l w e r ep r i m a r i l yr e s i d u a l ，o r g a n i cm a t t e rc o n j u g a t e da n dh u m i da c i dc o m p l e xf o r m t h ec o n c e n t r a t i o no fe x c h a n g e a b l ea n dw a t e rs o l u b l ef o r mi n m a j o r i t yo f s a m p l i n gp o i n t sw e r el o w e rt h a nl i m i to fq u a n t i t a t i o n a n ds ot h es o i lb i o a c t i v i t y w a sw e a ki nd r i n k i n gw a t e rs o u r c e s e d i m e n tr e s u s p e n s i o ne x p e r i m e n t ，s i m u l a t i n gt h ea d s o r p t i o na n dd e s o r p t i o no f h gb e t w e e ns e d i m e n ta n dw a t e r ，i n d i c a t e dt h a th gr e l e a s e df r o ms e d i m e n ti n t o w a t e ra n ds u s p e n d e d p a r t i c l e su n c e a s i n g l yw i t ht h el a p s eo ft i m ea n da g g r a v a t i o n o fh y d r o d y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c h gc o n c e n t r a t i o no fs u r f a c es e d i m e n tw a s4 7 t i m e sh i g h e rt h a ni n i t i a lv a l u ea f t e rt h ee x p e r i m e n t k e yw o r d s ：s h a n g h a ic i t y ；d r i n k i n gw a t e rs o u r c e ；h e a v ym e t a l s ；w a t e r ；s e d i m e n t ； s o i l ；m a c r o b e n t o s ；d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；r i s ka s s e s s m e n t v & 吼 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个 人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：噼 日期：丛d 世 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅。有 权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索。有权将学位论文的标题和摘要 汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 学位论文作者签名：主纪翠 日期：巡：厶：! f 华东师范大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 选题依据 重金属具有高毒性、持久性和难降解性等特点，其中h g 、p b 、c d 是目前已 经筛选出的重金属类环境内分泌干扰物的重要组成部分，这些物质可以通过模拟 或抑制内源性激素，影响激素受体家族，干扰内源性激素的产生，从而改变内分 泌与生殖系统的正常功能，因此重金属作为持久性有毒污染物的重要组成部分已 越来越受到国内外学者的重视。饮用水被认为是重金属暴露的重要途径，其水质 的好坏将关系到整个相关地区居民的饮食健康，尤其对上海这样一个经济高度发 展、人口近1 8 0 0 万的特大城市，目前上海市饮用水源地主要分为黄浦江上游和 陈行水库，前者占原水取水量的约8 0 ，主要分布在青浦区和松江区，这两个区 土地利用方式以农业用地为主，农业面源污染显著，且松江区内有大片的工业园 区，因此工业污染亦不容忽视。而目前对上海市饮用水源地水环境重金属的研究 大部分集中在水和沉积物上，对于其他环境介质如底栖动物、土壤和蔬菜中的研 究尚不多见，因此为了全面掌握上海市水源地水环境中重金属的污染状况，本文 依据上海市基础研究重点项目“上海市饮用水中内分泌干扰物的环境污染过程与 控制技术”的研究内容，并在此项目及国家自然科学基金项目“饮用水源地底泥 重金属再悬浮释放与水源地水质安全研究 、上海市环保局招标项目“上海市持 久性毒害污染物调研及对策 的资助下，以上海市饮用水源地为研究对象，分析 了水环境中水、沉积物、土壤、生物中h g 、a s 等8 种主要重金属的分布、累积、 迁移转化，对各介质中重金属含量进行了相应的风险及污染评价，对沉积物和土 壤中h g 进行了的形态分析与来源解析，为上海市饮用水环境安全提供科学依据。 1 2 研究意义 水体是人类赖以生存的重要自然资源之一，又是人类生态环境的重要组成部 分和物质生物地球化学循环的储存库。一方面部分水体作为饮用水源会直接影响 人类健康；另一方面，作为鱼虾等水生动物的生存环境和土壤作物的灌溉用水， 水体又可以通过食物链的传递作用间接影响到人类健康。2 0 世纪下半叶起，全 球范围内水资源短缺和水源水质恶化问题日趋突出，1 9 7 2 年，联合国第一次人类 环境会议发出警告：“水，将导致严重的社会危机”，并把1 9 8 1 m 1 9 9 0 年作为“国 际饮用水供给和卫生十年”，提出人人都有根据其基本需要得到保质保量用水的 权利，意在唤起决策者看清水在国民健康和国家经济发展的重要性，并促进和加 强公共机构对水资源的管理。根据国际组织和一些水专家的研究，世界正面临的 华东师范大学硕士学位论文l 绪论 四大水资源问题是：( 1 ) 提供安全饮用水，尤其对农业地区，其中发展中国家大 部分人民未有清洁水源；( 2 ) 农业和工业进一步发展以及水电事业扩大对水需求 加大；( 3 ) 水资源工程开发对环境的不良影响；( 4 ) 开发国际河流引起水资源矛盾 加剧。由国际水资源学会、国际供水协会以及世界银行和世界野生生物基金会等 组织联合发起，从1 9 9 1 年起，每年在斯德哥尔摩召开一次国际水会议，研究的时 间尺度是2 l 世纪，空间尺度则着眼于全球；1 9 9 3 年联大会议把每年的3 月2 2 日定 为“世界水日 ，目的是号召各国对全球普遍存在的水资源短缺、水质污染问题 引起警觉；中国也在1 9 8 8 年设立“中国水周”，并认识到中国水资源危机除了 自然因素外，主要是人为因素，表现为用水浪费严重、水体污染加剧、水利设施 不足和水法不完善；1 9 9 4 年3 月，近8 0 个国家的环境部长出席了在荷兰举行 的首次国际饮用水和环境会议，联合国环境规划署( u n e p ) 主任伊丽莎白多德斯 韦尔在开幕式上呼吁世界各国采取一致行动，像解决臭氧层问题那样，去认真对 付已经出现的非常现实的水资源危机。1 9 9 5 年，世界银行专门就全球面临的水 资源危机提出警告。此后一些与水源地相关的课题( 如供水水质、集水区规划等) 被列入联合国教科文组织国际水文计划第六阶段( u n e s c o m p v l 2 0 0 2 2 0 0 7 ) 予以重点关注( 季学武，1 9 9 9 ；r a d i f a a ，1 9 9 9 ；洪阳等，1 9 9 9 ) 。因此饮用水 安全问题成为水资源的首要问题。 h g 、a s 、p b 、c d 、z n 、c r 、c u 、n i 等重金属污染物具有高毒性、持久性和 难降解性等特点，它们通过各种自然和人为途径释放到人类生活环境当中，并通 过生活污水及工业废水的排放、农药化肥的施用、土壤和垃圾场径流、街道灰尘 降雨径流、污染河流底泥的释放和大气沉降等途径进入水环境，威胁人类的健康， 因此重金属作为持久性有毒污染物的重要组成部分已越来越受到国内外学者的 重视。 重金属中的h g 、p b 、c d 是目前已经筛选出的重金属类环境内分泌干扰物 ( e n v i r o n m e n t a le n d o c r i n ed i s r u p t o r s 简称e e d s ) 的重要组成部分，这些物质可以 通过模拟或抑制内源性激素，影响激素受体家族，干扰内源性激素的产生，从而 改变内分泌与生殖系统的正常功能( 刘先利等，2 0 0 3 ) ：( 1 ) h g 的污染主要来自 采掘及精炼过程、氯碱业、煤开采与燃烧、纸浆造纸业、塑料工业、电子工业以 及农药带来的“三废 ，其毒性表现为损害细胞内酶系统蛋白质巯基，损伤动物 及人体的神经系统，h g 的有机化合物甲基汞具有的神经毒性更严重，它具有脂 溶性和较长的半衰期，在鱼和其它水生生物体内的生物富集系数极高，达1 0 4 以 上( 王起超等，2 0 0 2 ) ，并且能通过生物链传递危害人类健康，日本发生的水俣 病就是由于长期食用被甲基汞污染的存在于地表水体中的鱼类，而引起的一种中 枢神经性疾病，甲基汞已被确定为我国生活饮用水水质监测项目，其允许浓度为 2 华东师范大学硕士学位论文i 绪论 1 0 i l l ( 王起超等，2 0 0 2 ) ；( 2 ) p b 是地壳中的天然成分，其污染来自采矿、p b 的加工和利用。由于石油工业的发展。用于汽油添加剂的四乙基铅所耗用的p b 占总生产p b 的1 1 0 以上。因此汽车排放废气中的铅尘已造成严重污染。p b 主 要通过消化道和呼吸道进入人体，正常人血铅在0 0 4 p p m 以内。p b 是作用于全 身各个系统和器官的毒物，损害人体的骨髓造血系统和神经系统，血铅水平超标 不但会造成儿童体格生长落后，还会引起儿童智能发育障碍，而且p b 中毒对儿 童智能的影响是不可逆的、无法挽回的，p b 中毒还会对心血管、肾脏、消化系 统和肝脏产生损害。( 3 ) c d 的来源主要是含c d 矿藏的开采及电池的使用等，污 染性含c d 饮用水和食物进入人体主要通过消化道吸收，蓄积在肝脏和肾脏中， 过量吸入c d ，会进入骨质取代c a ，在体内滞留时间长，在骨骼中的滞留半衰期 是3 8 年，引起骨骼软化，导致骨痛病( 痛痛病) ，有组织累积且有致癌致畸作用 ( 高继军等，2 0 0 4 ) ；a s 是当前坏境中使人致癌的最普遍、危害性最大的物质 之一( s w a i n edj ，2 0 0 0 ；n gj c 等，2 0 0 3 ) ，其化合物都有毒性，其中a s ”的 化合物毒性更强。a s 的污染源主要是a s 和含a s 金属的开采、冶炼、以含a s 物质为原料的玻璃、颜料、药物的生产以及煤的燃烧过程产生的三废物质。a s 通过呼吸道、消化道和皮肤接触进入人体，砷能在人体中蓄积，引起慢性a s 中 毒，慢性a s 中毒主要有消化系统症状、神经系统症状、皮肤病变等，急性砷中 毒一般是由误食砷化物所致。c u 是人类身体必须元素，身体缺c u 会产生一系列 的疾病，但是c u 过量又会引起各种病症，如肝豆状核变性、儿童肝内胆汁淤积、 贫血、w i l s o n 氏症等病症，引起中毒的原因是由于吸收过量c u 后抑制了许多酶 的活性，使细胞膜受到严重损伤。z n 是人体和动植物生长发育不可缺少的元素， 但过量的z n 会损害机体的正常的生理功能，据报道，饮用水中z n 的浓度达 1 0 2 0 m g l 时，有致癌作用，过量摄入z n 后引起的各种病理反应主要是由于z n 与c a 、c u 和f e 等元素的相互拮抗所产生的后果，会出现贫血、高血压、冠心 病、胃肠炎和前列腺肥大等症状。c r 是广泛存在于自然界的一种元素，土壤中 c r 的分布极广，含量范围很宽，c r 亦是人体和动植物必须的微量元素，它能增 加人体胆固醇的分解和排泄，c r 中毒大都由c r 6 + 引起，其毒性比c r 3 + 大1 0 0 倍， 它可使血红蛋白转变为高铁血红蛋白，并可干扰体内的氧化、还原和水解过程， 常接触大剂量c ，会引起接触部位的溃疡或造成不良反应，摄入过量的c ，会引 起肾脏和肝脏受损、恶心、胃肠道刺激、胃溃疡、痉挛甚至死亡( 张汉池等，2 0 0 3 ) 。 n i 和镍盐的过量接触或摄入过多，对人体健康危害很大，金属n i 的毒性小，吞 入大量的n i 也不会产生急性中毒，但是镍盐的毒性强，特别是羰基镍有非常强 的毒性，因为它容易挥发，又易溶于脂肪组织，很容易进入细胞膜内，而且与蛋 白质及核酸的结合力很强，广东省中山医科大学肿瘤研究所和广东省测试分析研 3 华东师范大学硕士学位论文l 绪论 究所等单位的研究人员，经过多年的调查研究，首次发现易溶于水的硫酸镍对鼻 咽癌有促癌作用。 由此可见，重金属类污染物对人体的危害是不容忽视的。上海作为一个拥有 1 7 0 0 多万人口的大都市，我国的经济、金融、贸易、航运中心，其地位是不言 而喻的，而作为一个城市血脉的水体水质的好坏又对上海经济的发展起着举足轻 重的作用。上海虽然地处中国东部平原感潮河网地区，水资源总量较为充沛，但 可利用的淡水资源却十分有限，仅占地表水资源的2 0 ，人均水资源量为全国的 4 0 、世界的1 0 。作为全市8 0 饮用水水源的黄浦江，因水环境同趋恶化更加 重了水资源的短缺，严重影响到上海的生活环境和经济发展。目前市区日均废污 排放量达5 5 0 万吨，一年高达2 0 亿吨，导致黄浦江及其支流的水质逐渐下降，且 咸潮的入侵更使得黄浦江下游污水上溯，对城区的水厂及陈行水库等水库取水口 造成威胁，降低了水资源的可利用性，导致陆域河网优质饮用水源稀缺( 汪松年， 2 0 0 1 ) ，因此上海被列为全国3 6 个水质型缺水城市之一，联合国专家预测的2 l 世纪饮用水严重缺乏的6 大城市之一( 陈群民，2 0 0 0 ) 。而上海正处于实现国际 大都市建设的进程之中，城市对饮用水数量和质量的需求日益增加。因此，上海 市饮用水源地水环境中重金属污染物浓度的调查、迁移规律等的研究对改善水源 地水质提供了有效的科学依据，对上海的社会、经济和生态环境安全的发展具有 积极的现实意义。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 水环境中重金属的迁移转化和影响因素 重金属污染物进入水环境的途径是多样的( 如图1 1 ，参考弗斯特纳1 9 8 7 年的“重金属进入环境途径 图) 。一方面由人类活动引起的矿山的开发、矿物 的冶炼以及煤炭等的燃烧产生大量含有重金属的废气，进入大气环境，这些废气 通过沉降作用一部分直接进入水环境，而大部分则沉降在陆地系统表面；另一方 面农业上的化肥农药的施用、工业生活垃圾等的倾倒也使重金属污染物直接暴露 在陆地系统表面，这些污染物同陆地系统本身的母质岩石风化后所含有的重金属 污染物等经过淋溶侵蚀、生物作用、地表径流等过程进入水水环境；而工业生活 污水的排放、水体中垃圾的直接倾倒是重金属污染物进入水体最直接的途径。进 入水体的污染物再通过物理、化学、生物等作用与沉积物之间进行迁移转化，进 而通过生物活动进入底栖动物。沉积物中的重金属污染物再通过疏浚作业等过程 返回陆地系统，部分污染物则通过蒸发风蚀作用返回大气中，完成循环。 重金属污染物进入水体之后，一方面在不同的形态之间进行转化，另一方面 4 华东师范大学硕士学位论文l 绪论 在不同的介质( 水、沉积物、生物等) 之间进行迁移，两个过程相互影响，同时 进行。重金属主要是通过水体中各种已知的物理、化学及生物过程进行溶解态、 悬移态和沉积态之间的迁移转化，李然等( 1 9 9 7 ) 将其概括为：溶解态和悬移态 重金属在水流中的扩散迁移过程；沉积态重金属随底质的推移过程；溶解态重金 属吸附于悬浮物和沉积物后向固相迁移过程；悬移态和沉积态重金属向间隙水溶 出而重新进入水体的释放过程；悬移态重金属沉淀、絮凝、沉降过程；沉积态重 金属再悬浮过程；生物过程即生物摄取、富集、微生物及生物甲基化等；水体中 重金属通过水面向空气中迁移的气态迁移过程。受水体的理化性质( p h 值、盐 度、有机质、氧化还原电位等) 、水文条件和重金属本身特性等的影响，不同重 金属之间的转化规律也存在一定的差异。 图1 - 1 重金属进入水环境中的途径 f i g 1 - 1t h ew a y so fh e a v ym e t a l si n t ot h ea q u a t i ce n v i r o n m e n t 水体中的重金属主要存在于沉积物中，且水中的重金属主要被悬浮物吸附， 影响吸附的主要环境因素是泥沙粒度、泥沙活性组分和水体的理化性质( 如水的 p h 值、温度、矿化度) 等( 腾彦国，2 0 0 3 ；吴攀，2 0 0 4 ) 。刘俐等( 2 0 0 6 ) 的研 究表明在渤海湾表层沉积物中粘粒复合体中p b 含量是粗砂中的2 3 倍，c d 是粗 砂的3 8 倍；z h a o 等( 1 9 9 9 ) 通过对英国s e v e r n 河一次洪水后河床沉积物及河 漫滩沉积物的研究发现，沉积物中p b 、z n 、c u 和c o 浓度与粉砂粘土级沉积物 5 华东师范大学硕士学位论文1 绪论 有很好相关性；陈静生( 1 9 9 6 ) 对我国东部河流表层沉积物的研究结果表明c d 、 p b 的含量与沉积物中 c u p b c d ，粘粒对c u 、z n 、p b 和c d 的吸附最强，有机质对z n 的吸附最强，碳酸盐对c u 、p b 和c d 有较强的 吸附，随着p h 值的升高吸附量而增大。 1 3 2 水环境中重金属的形态分析和生物有效性 随着环境科学，尤其是环境地球化学的发展，许多学者认识到重金属的总量 已经不能很好地揭示重金属的生物可给性、毒性及其在环境中的化学活性和再迁 移性( m c b r i d emb ，1 9 9 5 ) ，因此重金属的赋存形态更大程度上决定着重金属 的环境行为和生物效应( l a m yi 等，1 9 9 3 ) 。国内外重金属形态分析的研究工作 开始于2 0 世纪7 0 年代( 王新伟，2 0 0 2 b ) 。形态分析是分析化学的一个分支，它 包括物理形态分析和化学形态分析( 何红蓼，2 0 0 5 ) 。本文仅涉及化学形态分析。 所谓化学形态，s t u m m ( 1 9 9 5 ) 认为是某一元素在环境中以某种离子或分子存在 的实际形式。我国学者汤鸿霄( 1 9 8 5 ) 提出“所谓形态，实际上包括价态、化合 态、结合态和结构态4 个方面，有可能分别表现出不同的生物毒性和环境行为”。 蔡绪贻等( 1 9 9 7 ) 研究表明，重金属的存在形态受水环境的p h 值、氧化还原条 件、络合剂含量等容量控制参数的影响。 6 华东师范大学硕十学位论文l 绪论 1 3 2 1 重金属的形态分布和生物有效性 李然( 1 9 9 7 ) 等认为水体中重金属的存在形态包括溶解态和颗粒态，前者溶 解于水中，后者包括存在于悬移质中的悬移态和存在于表层沉积物中的沉积态。 t e s s i e r 把沉积物中的重金属分为五种形态( t e s s i e r a ，1 9 7 9 ；王晓蓉，1 9 8 2 ) ： 第一态，可交换态指交换吸附在沉积物的粘土矿物及其它成分如氢氧化铁、 氢氧化锰、腐殖质上的重金属；第二态，碳酸盐结合态指碳酸盐沉淀结合一 些进入水体的重金属；第三态，铁锰水合氧化物结合态旨水体中重金属与水 合氧化铁、氧化锰生成结核这一部分；第四态，有机