陆浑水库饮用水源地水体中金属元素分布特征.docx

随着城市化和工业化进程的加快，污染物排放量逐年增加，大量金属进入水库、 河流、湖泊等水环境中，威胁用水安全•水库作为半自然半人工水体，流动性差、 水体停留时间长，与天然湿地生态系统相比稳定性差且脆弱性明显，更容易受 到人类活动的影响•重金属（As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn等） 具有稳定性、不可降解性、生物积累性等特点，在湖库水生态环境中可通过吸附、 解吸、沉淀、生物吸收等反应在水-沉积物-生物体内进行复杂的迁移、转化过程, 并且能通过食物链循环在生物体内富集，威胁人体健康[6, 7] •目前，我国关于 Al的研究主要集中在毒性上，而在水体中Al污染方面研究较少，Al作为自然界 中的丰量元素一直被认为是无毒元素，其制品被广泛应用，而人体摄入的Al 一 旦过量会对骨骼、大脑、造血系统等造成损害，难以迅速排泄出去，且与其它来 源相比，经饮用水途径摄入人体的Al危害更大.陆浑水库是河南省洛阳市重要的饮用水源地，毗邻洛阳市嵩县和栾川县钼 矿•近年来，我国钼污染事件频发，如葫芦岛水库钼污染（2004年8月）、洛阳市 伊河钼污染（2017年2月）等.Mo虽为人体必须的微量元素，但人体中Mo过量会 导致痛风症、贫血、腹泻等•作为当地重要的饮用水水源和工农业生产水源，陆 浑水库自建库以来发挥了巨大的社会效益和经济效益，库区水环境安全意义重 大•因此，探明陆浑水库饮用水源地金属浓度分布特征，评价潜在人体健康风险 具有重要意义.近年来，国内外关于水库金属元素污染的研究主要集中于沉积物，而对水 体中金属元素污染的关注较少•目前，对于陆浑水库的研究主要关注其防洪、坝基渗透稳定性、非重金属污染物污染源调查等方面，至今尚无针对陆浑水库饮用 水源地金属元素污染状况及引起的健康风险进行调查和评价的报道.因此，本研 究对陆浑水库饮用水源地水体中12种金属元素（包括重金属As、Cd、Cr、Cu、 Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、Zn和轻金属Al）污染进行了较全面的调查，通过掌握 水体中金属元素分布特征和潜在健康风险水平，以期为陆浑水库饮用水源地水 体中金属元素污染水质目标管理及供水安全提供依据.1材料与方法1.1研究区域陆浑水库位于黄河流域伊河中游的河南省洛阳市嵩县境内，嵩县地处河南 省西部山区，县域面积3 009 km2,耕地面积3.13X104 hm2,为河南省第四大 版图县，其中深山区占95%,浅山丘陵区占4.5%,平川区占0.5%.境内伊河以北 为熊耳山，平均海拔1 400 m,汝河以南为伏牛山，平均海拔1 200 m,汝河、 伊河之间为伏牛山支脉外方山，平均海拔1 200 m.陆浑水库建于1959年，从1965年开始蓄水，是一座以防洪为主，结合灌溉、 发电、供水和水产养殖等综合利用的大型水利工程•水库平均水深9.6 m,最大 水深31.0 m,库长12.5 km,宽3.5 km,总库容13.2X108 m3,防洪高水位为 321.50 m,死水位高程298 m,集水面积3 674 km2,控制流域面积3 492 km2, 占伊河流域面积的57.9%•陆浑水库大部分地段河谷开阔，河床宽度大于1 km, 水流由西南流向东北，至坝址区河床宽度骤然缩窄至330m•大坝两肩为岗状地 形，左岸岗顶高程为350~360 m,其北侧为一大冲沟（樱桃沟），沟底高程为280~300 m；右岸岗顶高程360~380 m,冲沟浅而短，不及左岸发育•陆浑水库位 于半干旱半湿润地区，属于温带大陆性季风气候，年平均气温约为14.LC,多 年平均降雨量791 mm,超过60%的年降雨量集中在汛期6~10月.陆浑水库流域及流域周边区域（嵩县和栾川县境内）分布着较多以钼矿为主 的金属矿藏，目前已查明的钼矿矿产地有40余处，其中大型5处、中型7处，如 鱼池岭钼矿、凡台沟钼矿、安沟钼矿、雷门沟钼矿和栾川钼矿等.其中，鱼池岭 钼矿床是大型斑岩型钼矿床，钼资源储量3.8X105 t，品位0.074%；栾川钼矿 总储量2.06X106 t、平均品位0.103%.区域内已查明的其他金属矿（铅矿、锌矿、 金矿、铁矿等）矿产地有180余处，其中大型3处、中型12处•嵩县和栾川县现 有钼矿采选企业60余家，选矿规模约1.5X1051・d-1，日采矿量约1.1X 105t・d-1.选矿企业处理1 t矿石需用水量4 t左右，产生的废水经尾矿库处理 后进入废水回用系统再利用，产生含矿粉尘经除尘器收集后再利用，未收集的 粉尘由排气筒排放，产生的选矿废渣运输至尾矿库堆存•嵩县和栾川县现有其他 金属矿（铅矿、锌矿、金矿、铁矿等）采选企业100余家，选矿规模约6.5X 105t • d-1.1.2样品采集与处理于2016年9月（丰水期）在陆浑水库46个采样点表层（距水面下0.5 m处） 采集了水样，现场测定pH值，并用GPS进行定位导航，采样点位置见图1•水样 采集后立即用0.45 um滤膜抽滤，加入优级纯浓硝酸酸化使其pHW2,密封保 存，运回实验室置于冰箱中保存（4C,避光）.每个水样设3个平行样，同时设 置空白实验•采用AFS-230E双道原子荧光光度计（北京海光仪器公司）和Tekran2500CVAFS（加拿大）分别检测水样中As和Hg浓度，仪器检测限分别为 0.01 口g・L—l 和 0.009 »g・ LT；采用 ICP—MS（7500a,美国 Agilent 公司）检 测水样中Al、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb和Zn浓度，仪器检测限分别为 0.05、0.01、0.02. 0.02、0.06、0.03、0.03、0.08、0.12 和 0.64 »g・ LT.实验过程中每批样品中均加入空白样，质量控制采用三平行样和加标回收法， 结果表明样品分析数据的标准偏差（RSD）均在15%以内，加标回收率为80 %~115%.数据处理和统计分析采用Excel和SPSS22.0完成，金属浓度空间分布图采用 ArcGIS 9.3 绘制.IN"%34^1 r■■” .io «13 >i*與诃館艮o2":叫*34°or■Hillii2c（h 门 zny H3,=iosr I uD]» 】]¥ 口. f圍1采样点分布示意◎桥北描從區 亠企业■*胆塢犹査说向50 kin1.3水环境健康风险评价模型健康风险评价是通过估算有害因子对人体不良影响发生的概率来评价暴露 于该有害因子的个体健康受到影响的风险，水体中金属元素对人体健康产生危 害的暴露途径主要包括饮用水、皮肤接触等•根据世界卫生组织（WHO）和国际癌症 研究机构（IARC）对化学物质致癌性全面评价，研究测定的12种金属元素中，致 癌性元素有As、Cd、Cr,非致癌性元素有Al、Cu、Fe、Hg、Mn、Mo、Ni、Pb、 Zn,评价模型及金属毒理学特性参数、暴露参数见文献.2结果与分析2.1陆浑水库饮用水源地水体中金属浓度及分布特征根据陆浑水库饮用水源地水体中金属浓度(表1),依据《地表水环境质量标 准》(GB 3838-2002)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定的标准限值, As、Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb和Zn浓度均未超标，Al平均值虽未超标, 但最大值(200.27 »g・L-1)超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)规定 的标准限值.Mo浓度(151.42~170.69 » g・L-1)整体处于较高水平，各采样点 浓度均超过《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)和《生活饮用水卫生标准》 (GB 5749-2006)规定的标准限值，最大值和最小值分别是标准限值的2.44和 2.16倍，表明陆浑水库饮用水源地水体中Mo污染较为严重.Fe、Hg、Ni和Zn 最大值与最小值相差较大，最大值分别是最小值的5.54. 38.5、7.93和6.76 倍•从变异系数来看，Fe和Hg的变异系数比其他元素大，说明这2种元素浓度 在各采样点存在较大差异•从表1还可以看出，陆浑水库饮用水源地水体的pH 值(8.10~8.25)属于偏碱性水平，变化幅度较小，最大值和最小值分别出现在9 和23号采样点.表1陆浑水库和其它研究地区水体中金属元素质量浓度元素 Al As Cd Cr Cu Fe Hg Mn Mo Ni Pb Zn pH平均值 145. 3.60 0.7 8.1 3.93 30.05 0.0 1.57 159 6.5 0.70 7.73 8.16（本研1226.04最大值200.0.9 9.50.01709.914.1（本研5.575.8169.051.700.838.25最小值（本研标准差（本研变异系数（本研究）GB3838-2002GB5749-22789.52.0632.60.870.230.2450.00200100.4 7.22.0712.4777.690.10.51.2914.450.10.00.330.480.01511.2020.0190.71.410.612.098.10.425.02.50.080.062.820.040.00.30.050.090.370.015.0 50.000.030000501 0003000.1100702050.00000.6~9100702010006.5~000 8.5006三峡水 0.0 0.4 128.—2.0551.740 ———--—1.082289库[31]3872丹江口203.11.081.16.213.3219.14 -—5.69 -1.710.592.02 —水库［宓69793钱屯水33.库，云——0.6113.3357.7 -—44.6 -4.420.9 —南[33]清涧美32.水库，—8.11.409.7301.5 -—239.0 --3.2—9.5 —云南［33］文笔海32.水库，—5.40.8212.25.7 --0.7 -—11.5 —云南［33］Karanj7771210.a水库，————210.8585.4 -—225.2 -.7103.03印度［34］Polyph 1.62.43.043.2 --17.1 -—22.5.134.7 7.1元素 AlAsCdCrCuFe。