南方小型废弃铅锌矿区多介质环境中重金属残留及其健康风险

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矿区开采活动会对其周边环境造成严重的重金属污染,这种污染在矿区停产后仍将持续很长时间,不断威胁着周边的自然环境与居民人体健康。广西省桂林市东南部某矿区于上世纪70年代发生过严重的尾矿坝崩塌事故,并对矿下村庄地区造成过严重的重金属污染。虽然该矿区目前已经停产,但长期的开采活动所带来的多种污染遗留问题依然存在。此外,污染区土壤中的重金属还可能向未受污染区迁移,对环境造成威胁。因此,研究该区域的废弃矿区及尾矿渣污染区在自然因素作用下如何影响周边环境介质中污染物的含量及居民健康风险具有重要意义。  本研究主要内容包括:(1)基于研究区多介质环境中重金属的总量分析、BCR提取实验与GIS技术,确定了研究区不同介质中的重金属总量、生物有效性与空间分布特征,并基于总量与生物有效性分析结果,将研究区按污染特征进行分区,对各区域多介质环境中重金属污染水平进行评估。(2)基于ArcGIS软件,利用降雨、坡度、高程、用地类型等空间数据建立研究区水、土介质的迁移模型,确定研究区重金属的迁移方向;讨论介质迁移与介质中的重金属浓度对各个区域环境的重金属含量的影响机制,并结合地表水采样结果对三个区域环境中的重金属变化出推断。(3)通过PBET(In vitro Physiologically Based Extraction Test)模拟实验、多介质重金属总量测定数据、现场调研与调查问卷结果,运用USEPA(United States Environmental Protcction Agency)健康风险评价体系对研究区多介质多途径的重金属暴露量与健康风险进行评估。(4)将多介质环境中重金属的含量与健康风险相结合,分别从重金属迁移—人体(直接暴露)与重金属迁移—作物—人体(间接暴露)两方面来对未来研究区健康风险的变化作出预测,得到研究区的重金属健康风险的变化特征。  获得的主要创新性成果如下:  (1)研究区土壤与作物中重金属含量严重超标,Pb、Zn、Cd为最主要的污染物,除作物外,不同环境介质中重金属总量与形态的空间分布具有一定的相似性。水体与大气环境则在矿区停产后受当地土壤、植被截留与大气洗刷作用的影响,目前已呈无污染状态;Pb、Zn、Cd为研究区最为严重的污染重金属且介质中的重金属大都呈现出矿区>村庄>周边地区的空间分布特征;作物由于受到重金属形态与富集能力的影响,其空间分布则呈现村庄>矿区>周边地区的特征。  (2)研究区土壤重金属主要是通过地表水系与水土流失途径迁移,迁移能力相对较低。地表横向迁移呈现为北部山区重金属整体经由地表径流与水土流失向南部地区迁移,南部地区重金属则由周边环绕山丘向中心汇水区域迁移;虽然研究区的重金属会随介质发生迁移,但由于研究区植被茂盛,截留与吸附固定作用显著,能够迁移的重金属量很少,未来研究区重金属与形态的空间分布将不会发生显著的变化。  (3)重金属的健康风险评价表明:非致癌健康风险不超标,致癌健康风险超标,健康风险的分布特征为村庄>矿区>周边地区,食物摄入是导致致癌风险超标的最主要原因。所有区域致癌风险均高于10-4,其中,矿下村庄的致癌风险最高,其次为矿顶地区,周边地区最低;食物的健康风险贡献率最高且远远高于其他介质,该结果也直接导致了综合健康风险的分布与重金属总量(矿区>村庄>周边地区)不同。  (4)未来矿项地区健康风险将会下降,山区中部区域健康风险相对上升;村庄地区整体健康风险呈上升趋势,村庄北部地区上升程度高于南部地区;周边地区整体健康风险基本保持不变,边缘地区略有下降,中部与南部地区略有上升;在总量与形态变化不大的情况下,直接暴露对健康风险的影响依然十分有限,未来食物依然是最主要的重金属风险影响因素。
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