研究报告

  • 赵亚楠,李小平,杨涛,孙薛梦,刘东英,吴婷,艾雨为,蔡月,李丽,YU Hongtao.典型能源开发区灰尘金属元素的空间分布特征、来源与健康风险[J].环境科学学报,2018,38(1):350-362

  • 典型能源开发区灰尘金属元素的空间分布特征、来源与健康风险
  • The spatial distribution characteristics, sources and health risks of trace elements in dust in typical energy development zones
  • 基金项目:国家自然科学基金(No.41471420,41571512);国家科技基础性工作专项重点项目(No.2014FY210100);陕西省自然科学基础研究计划(No.2015JM4124);中央高校基本科研业务费专项基金(No.GK201701010,GK201402032,GK200902024)
  • 作者
  • 单位
  • 赵亚楠
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 李小平
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 杨涛
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 孙薛梦
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 刘东英
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 吴婷
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 艾雨为
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 蔡月
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119;3. 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 李丽
  • 1. 陕西师范大学旅游与环境学院环境科学系, 西安 710119;2. 地理学国家级实验教学示范中心(陕西师范大学), 西安 710119
  • YU Hongtao
  • 美国杰克逊州立大学-陕西师范大学纳米环境科学与健康国际联合研究中心, 西安 710119
  • 摘要:以陕蒙接壤处典型煤炭开采与加工区的地表灰尘和煤矸石作为研究对象,按照随机布点取样的原则共采集研究区域灰尘样品93个,含煤矸石样品10个.采用GIS空间分析、污染生态负荷指数、人群健康风险评价等方法,对该地区灰尘中的As、Co、Cr、Cu、Hg、Mn、Ni、Pb、V、Zn 10种金属元素含量、空间分布、环境污染及其儿童与成人的健康风险进行研究与评估,并借助富集系数和XRD分析对灰尘中金属元素的累积与来源进行了探析.研究结果表明研究区域地表灰尘中Co、Hg、Pb、V的平均浓度值均超过了陕西省土壤背景值,其中Hg与Co污染较重.中小型煤矿和运煤路线区域的金属元素含量在空间分布上具有较大值.煤炭开采区灰尘和煤矸石中金属元素As、Cr、Cu、Mn、Ni、V、Zn、Co、Hg和Pb浓度分布特征和富集系数分布较为相似,通过富集系数与XRD分析表明灰尘中的这些元素更倾向于来自煤矸石的碎屑粉末,特别是中小煤矿的开采、运输和煤矸石堆放等要引起相关部门的高度重视.虽然该地区的总体污染水平暂时处于无污染状态,但小型煤矿和运煤路段附近的污染负荷明显偏高.从总体上看,灰尘中金属元素对该地区成人和小孩不存在非致癌风险,致癌风险也是在可接受的范围内,但小型煤矿聚集区与包府公路路段存在儿童不可耐受的健康风险.相比之下,金属元素对儿童的风险均大于成人(除Co外),而Cr非致癌风险的贡献较大,As、Cr、Ni均存在一定程度致癌风险(致癌总风险指数TCR值相对其它元素较大),尤其是元素Ni与Cr,应该引起足够重视.
  • Abstract:A total of 93 samples were collected from typical coal mining zones located in the two Provinces bordering of Shaanxi Province and Inner Mongolia Autonomous Region. The spatial distributions, ecological and health risks of trace elements including of As, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Ni, Pb, V and Zn were analyzed by means of GIS technique, Ecological Pollution Load Index (EPLI) and USEPA health risk assessment model respectively. Meanwhile, the sources of trace elements in dusts and coal gangue samples were discriminated by enrichment factors (EFs) and XRD analysis. The results showed that the average concentrations of Co, Hg, Pb and V in the surface dusts exceeded the soil background value of Shaanxi Province, especially for Hg and Co. The hotspots of trace elements in geochemical map were observed in the small and medium-large coal mining areas and coal transportation lines as well. The similar spatial distribution patterns were found in the trace metals of As、Cr、Cu、Mn、Ni、V、Zn、Co、Hg、Pb, and the same observation were found in their EFs in dusts and in coal gangues. The values of EFs and XRD analysis indicated that the source of As、Cr、Cu、Mn、Ni、V、Zn、Co、Hg、Pb in dusts were associated with the local coal gangues. Therefore, the important emphasis would be paid to the management of coal gangue disposal and its transportation. Although the integrated pollution level assessed by EPLI in the study areas ranked in pollution-free classification, the significantly higher pollution load was observed in the vicinity of small and medium-large size of coal mines. On the whole, there were no non-carcinogenic risks of trace elements exposured to adults and children in the studied area, and the risk of cancer was also within the acceptable range. However, the intolerable health risk for children was identificated in the small-large size of coal mine and Baofu highway areas. In contrast, the exposure risk to children were greater than adults (except Co), and toxic Cr had a greater contribution to non-carcinogenic risk for human. Even though the carcinogenic risks of trace elements were within the acceptable, As, Cr and Ni had the relatively high values of TCR comparasion to others, especially to Ni and Cr, which should be paid more attention.

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