王 穎,王明玉,吳昌永,王 月*,范 帥,馬學(xué)敏

典型含水層揮發(fā)性有機(jī)物分布特征及健康風(fēng)險(xiǎn)

王 穎1,王明玉2,吳昌永1,王 月1*,范 帥1,馬學(xué)敏1

(1.中國環(huán)境科學(xué)研究院,環(huán)境污染控制工程技術(shù)研究中心,中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評估國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100020；2.中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 101408)

為探究含水層中揮發(fā)性有機(jī)物分布特征及評價(jià)其對人體健康風(fēng)險(xiǎn),以我國西北地區(qū)某有機(jī)污染場地為研究對象,利用分層采樣技術(shù)采集地下水樣品65個(gè),選擇特征分析指標(biāo)苯胺和COD,采用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)、吸附熱力學(xué)、三維插值、健康風(fēng)險(xiǎn)評估等方法揭示含水層中苯胺和COD分布特征及環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn),結(jié)果表明:研究區(qū)地下水已受到污染,單因子污染指數(shù)苯胺最大為305.42,COD最大為90.63;含水層苯胺和COD呈面狀污染,污染范圍較大;苯胺和COD垂向分布存在分層現(xiàn)象,深層(埋深7～12.7m)含水層中苯胺和COD濃度更高、污染面積更大;吸附態(tài)苯胺總質(zhì)量是溶解態(tài)苯胺總質(zhì)量的1.18倍;地下水中苯胺對人體健康產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌危害,飲水途徑健康風(fēng)險(xiǎn)高于皮膚接觸.

揮發(fā)性有機(jī)物；分布特征；吸附作用；三維插值；健康風(fēng)險(xiǎn)

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)引起的地下水污染已成為當(dāng)今社會最普遍的環(huán)境問題之一.污染場地修復(fù)是保護(hù)地下水環(huán)境和人體健康的必要措施.精準(zhǔn)識別場地污染特征,評估場地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),是污染修復(fù)邊界劃定和修復(fù)方法選定的基礎(chǔ)[1].

地下水污染特征分析主要包括污染狀況調(diào)查評價(jià)、空間分布表征[2]、污染成因分析[3]、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[4]等.受污染物種類、地層巖性、含水層厚度、地下水流作用等因素影響,含水層中污染物在水平及垂直方向的分布存在差異[5].同時(shí),由于含水層介質(zhì)對有機(jī)污染物的吸附作用,部分污染物以吸附態(tài)存在于含水介質(zhì)中,在地下水抽取、水位波動等條件下不斷向地下水和空氣中釋放污染物[6],對土壤及地下水環(huán)境,甚至是人體健康造成威脅.目前,針對含水層中VOCs污染調(diào)查研究多關(guān)注于水平方向[7-8]、單一相態(tài)[9]的分布規(guī)律,較少考慮含水層中不同相態(tài)污染物的垂向分布特征.如何通過有限的現(xiàn)場鉆孔采樣點(diǎn),準(zhǔn)確表征場地地下水環(huán)境污染已成為亟待解決的問題.

本研究針對厚度大于10m含水層中VOCs的賦存特征,以我國西北地區(qū)某有機(jī)污染場地為案例,通過分層采樣技術(shù)對研究區(qū)地下水特征污染物苯胺和COD進(jìn)行采集,并利用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)、吸附熱力學(xué)、三維插值、健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)等方法,系統(tǒng)揭示不同深度含水層中吸附態(tài)和溶解態(tài)污染物的分布規(guī)律、污染特征及環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn),以期為VOCs污染場地地下水修復(fù)治理等工作提供理論支撐和科學(xué)指導(dǎo).

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

研究場地位于我國西北地區(qū),所在區(qū)域氣候干旱,風(fēng)大沙多,多年平均氣溫10.7℃,多年平均降水量302.9mm,降水量年內(nèi)分配不均,主要集中在6～9月.場地自然地面以下18m深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)按巖性可分為4層,自上而下依次為0～1m填土、1～7m粉土、7～14m細(xì)砂、14～18m粉質(zhì)黏土層(相對隔水層).區(qū)域地下水主要為第四系松散巖性孔隙水,潛水主要賦存于粉土和細(xì)砂層中,含水層介于標(biāo)高1081～1093m,厚度8.6～12.7m.地下水位埋深1.56～ 3m,水位標(biāo)高1092～1094m,單井涌水量100～ 1000m3/d.潛水受到大氣降雨及上游地下水的側(cè)向補(bǔ)給,天然徑流總趨勢為由西南向東北.

該場地是農(nóng)用化學(xué)品制造企業(yè),主要生產(chǎn)多菌靈,研究區(qū)范圍如圖1所示.2016年廠區(qū)多菌靈裝置(母液池)發(fā)生泄露,場地潛水含水層受到污染,高濃度污染區(qū)分布在D1及D3點(diǎn)附近.發(fā)現(xiàn)后企業(yè)立即開展場地修復(fù)工作,修復(fù)方案分前、中、后期3個(gè)修復(fù)階段,目前修復(fù)工作已經(jīng)進(jìn)入后期階段.前、中期通過7口地下水井(D1、D2、D3、D4、D6、D8、D9)抽出后異位修復(fù),地下水流場隨地下水抽取發(fā)生變化,恢復(fù)地下水位后,地下水流場分布如圖1所示.現(xiàn)階段場地地下水調(diào)查結(jié)果表明,場地地下水中共檢出19類有機(jī)物,均為VOCs,4項(xiàng)有機(jī)指標(biāo)超過地下水對照值,包括苯胺、COD、苯酚、1,2-二氯乙烷.由于苯胺檢出率較高,同時(shí)為生產(chǎn)過程中重要原材料,故選擇苯胺為特征污染物.苯胺(C6H5NH2)是典型的VOCs,油狀無色液體,有特殊的芳胺氣味.含水層中苯胺以氣相、液相和NAPL相(非水相液體)3種相態(tài)存在.進(jìn)入自然環(huán)境后,苯胺分子結(jié)構(gòu)變得非常穩(wěn)定,尤其在水環(huán)境中更穩(wěn)定,容易導(dǎo)致持久的環(huán)境污染.此外,苯胺還極易附著在土壤顆粒上,難以通過降解去除[10].殘留在環(huán)境中的苯胺,不僅會污染土壤及地下水環(huán)境,還會對人體健康造成威脅[11-12].

圖1 研究區(qū)示意

1.2 樣品采集及測試

為全面了解含水層污染物分布情況,以苯胺和COD為特征污染指標(biāo),采用網(wǎng)格布點(diǎn)、判斷布點(diǎn)以及分層采樣相結(jié)合的方法設(shè)計(jì)采樣方案.分層采樣調(diào)查技術(shù)可反映污染物在三維空間上的分布,常用于土壤和地下水污染特征識別[13]及風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)[14]等方面.研究區(qū)共布置37個(gè)采樣點(diǎn)位,其中28個(gè)通過建立叢式井組在每個(gè)采樣點(diǎn)布設(shè)兩口水井,分別對埋深在2.3～7m和7～12.7m的地下水進(jìn)行采集;其余9個(gè)通過單井對埋深5～10m的地下水進(jìn)行采集,如圖1所示.參照HJ 1019-2019[15]的相關(guān)要求,使用貝勒管分別進(jìn)行地下潛水樣品采集.采集后的樣品在有冰凍藍(lán)冰的保溫箱內(nèi)運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室.地下水樣品測定標(biāo)準(zhǔn)和程序依據(jù)HJ 822-2017[16]、HJ 828- 2017[17]中相關(guān)要求和技術(shù)規(guī)范,苯胺和COD樣品檢出限為0.057 μg/L和4mg/L,分別采用氣相色譜-質(zhì)譜法、重鉻酸鹽法對地下水中苯胺及COD濃度進(jìn)行測定.

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及水質(zhì)特征分析 采用軟件SPSS 26.0對場地含水層中污染物濃度進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析,揭示數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征.廠區(qū)地下水流向由西南向東北,廠區(qū)東側(cè)緊鄰地表排水渠,該排水渠水質(zhì)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn),參考該執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn),采用“標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法[18]”進(jìn)行地下水質(zhì)量評價(jià).采用“單因子指數(shù)法[19]”以對照點(diǎn)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行單因子污染程度評價(jià),表達(dá)式如式(1).對照點(diǎn)(圖1)參考地下水損害鑒定中參考點(diǎn)位法[20]選取,選取的對照點(diǎn)未受此次污染事件影響且與評價(jià)區(qū)間無其他污染源.

式中:為單因子污染指數(shù),無量綱;C為某組分實(shí)測濃度,mg/L;C0為某組分地下水對照值濃度,mg/L.

1.3.2 含水層吸附污染物質(zhì)量分析 吸附等溫線用于描述相同溫度下吸附平衡后,溶質(zhì)分子在固相介質(zhì)上的吸附量與其液相濃度間的關(guān)系.Freundlich模式適用于有機(jī)化合物的吸附[21],表達(dá)式為:

=dC(2)

式中:為單位質(zhì)量干固體吸附污染物的質(zhì)量,mg/kg;d為有機(jī)物分配系數(shù),苯胺為0.207[22-23];為液相污染物濃度,mg/L;為等溫非線性程度,取值范圍0～1,苯胺值取1[22].

1.3.3 污染物空間分布分析 污染物在含水層中的分布具有一定的空間連續(xù)性,空間數(shù)據(jù)插值可以對土壤和地下水中污染分布進(jìn)行模擬分析[24-28],廣泛應(yīng)用于污染體積估算[29]、污染邊界確定[30-31]等方面.IDW作為一種確定性的插值方法,可以較好的保留真實(shí)鉆孔數(shù)據(jù),且對調(diào)查點(diǎn)數(shù)量和先驗(yàn)分布要求較低,具有良好的適應(yīng)性[32].IDW插值基于相近相似原理[33],考慮搜索范圍內(nèi)的每個(gè)實(shí)測點(diǎn)都對插值點(diǎn)具有一定影響,即權(quán)重.權(quán)重大小與估算點(diǎn)到實(shí)測點(diǎn)間的距離有關(guān),距離越近,權(quán)重越大,反之越小.任一估算點(diǎn)數(shù)值是搜索范圍內(nèi)各實(shí)測點(diǎn)數(shù)值f的加權(quán)平均,表示為:

式中:為估算點(diǎn)的函數(shù)值;f為實(shí)測點(diǎn)的函數(shù)值;W為對應(yīng)實(shí)測點(diǎn)的權(quán)重系數(shù);d為估算點(diǎn)(,,)到實(shí)測點(diǎn)(x,y,z)的距離, m;d(,,)-u為距離衰減函數(shù);權(quán)指數(shù)為距離對插值點(diǎn)數(shù)值的影響作用,當(dāng)=0時(shí),距離無影響;當(dāng)=1,距離的影響是線性的;當(dāng)>1時(shí),快速減少了遙遠(yuǎn)位置的影響[34].

IDW插值精度受搜索點(diǎn)數(shù)、水平/垂直各項(xiàng)異性比系數(shù)(KH/V)、距離加權(quán)指數(shù)等參數(shù)影響.搜索點(diǎn)數(shù)是參與插值計(jì)算的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù),在高密度采樣情況下,過多采樣點(diǎn)參與IDW插值會增大預(yù)測誤差[35-36],設(shè)置本次插值模擬搜索點(diǎn)數(shù)為5.H/V反映污染物在含水層中各向異性分布,一般默認(rèn)值為10,即水平方向上10個(gè)長度單位的采樣點(diǎn),與垂向上1個(gè)長度單位的采樣點(diǎn)影響權(quán)重相同,H/V過小無法反映污染物在三維空間各向異性分布,過大則會降低空間分布連續(xù)性,使污染物插值分布出現(xiàn)明顯分層,為保證模型計(jì)算精度,設(shè)置H/V分別為3、5、8、10和12進(jìn)行插值分析[37].IDW插值精度對權(quán)指數(shù)選擇也較為敏感,在比較最佳H/V數(shù)值的基礎(chǔ)上,設(shè)置權(quán)指數(shù)為2～10進(jìn)行插值計(jì)算和精度比較.

三維空間插值計(jì)算、污染體積統(tǒng)計(jì)及可視化表征采用美國C-Tech公司開發(fā)的軟件EVS Pro v2020.5,插值方法預(yù)測結(jié)果采用交叉驗(yàn)證法進(jìn)行精度評價(jià),提取10%的采樣點(diǎn)作為驗(yàn)證點(diǎn),剩余采樣點(diǎn)作為預(yù)測點(diǎn)進(jìn)行空間插值后,通過平均誤差(ME)和均方根誤差(RMSE),將預(yù)測值與實(shí)測值進(jìn)行對比分析,ME越接近于0,RMSE越小表明插值精度越高.

式中:(x)為預(yù)測值;*(x)為原始樣點(diǎn)值.

1.3.4 地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià) 場地地下水作為日常生產(chǎn)、生活用水,主要通過飲用、皮膚接觸等途徑對人體健康造成威脅.參照《地下水污染健康風(fēng)險(xiǎn)評估工作指南(2019)》推薦模型進(jìn)行地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià).

揮發(fā)性有機(jī)物致癌風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算公式為:

CR=LADD×SF (8)

式中:CR為不同暴露途徑下致癌風(fēng)險(xiǎn)值,無量綱;LADD為不同暴露途徑下污染物的日均暴露劑量,mg/(kg·d);SF為不同暴露途徑下致癌斜率因子,mg/(kg·d),取值如表1所示.

揮發(fā)性有機(jī)物非致癌危害計(jì)算公式為:

式中:HQ為不同暴露途徑下非致癌危害商,無量綱;ADD為不同暴露途徑下污染物的日均暴露劑量,mg/(kg·d);RfD為非致癌污染物在不同暴露途徑下的日均參考劑量,mg/(kg·d),取值如表1所示.

表1 苯胺RfD和SF參考值

不同暴露途徑下污染物的日均暴露劑量ADD (LADD)計(jì)算公式為:

式中參數(shù)取值如表2所示.

表2 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)參數(shù)

注:“—”表示無相應(yīng)參考標(biāo)準(zhǔn)值.

2 結(jié)果討論

2.1 研究區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征

研究區(qū)含水層中苯胺和COD濃度及吸附含量的描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表3所示,含水層介質(zhì)對苯胺的吸附量通過式(2)計(jì)算得出.苯胺在地下水中的濃度范圍為0～14.049mg/L,在含水層介質(zhì)中吸附含量為0～2.908mg/kg;COD在地下水中的濃度范圍為15～1450mg/L,數(shù)據(jù)分布范圍較大,表明研究區(qū)污染分布不均,存在局部污染嚴(yán)重的區(qū)域,該區(qū)域點(diǎn)位數(shù)據(jù)值極高.不同深度采樣點(diǎn)污染物數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均超過100%,表明污染物在研究區(qū)含水層中濃度及吸附含量有較高的偏移性和空間變異特征.對同一采樣點(diǎn)不同深度污染物濃度及吸附含量值比較分析,部分采樣點(diǎn)污染數(shù)據(jù)在不同深度存在數(shù)量級差異,主要由于污染物與水密度不同,密度大于水的在重力作用下向下遷移,最終聚集于含水層底板,而密度小于水的則漂浮于地下水面,隨地下水位波動上下遷移,導(dǎo)致污染物垂向分布不均[6,41].不同深度采樣點(diǎn)污染物數(shù)據(jù)偏度和峰度值較大,表明數(shù)據(jù)集在空間上具有一定的離散特性,且偏度均大于零,屬右偏分布,不符合正態(tài)分布特征.

2.2 研究區(qū)地下水水質(zhì)及污染特征分析

苯胺濃度最大值為14.049mg/L,COD濃度最大值為1450mg/L.參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),苯胺濃度最大值超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[42].表3規(guī)定限值0.1mg/L的140.49倍,COD濃度最大值超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[42]Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)值30mg/L的48.33倍,研究區(qū)地下水已存在較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).

表3 含水層苯胺和COD濃度及吸附含量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特征

續(xù)表3

單因子指數(shù)評價(jià)結(jié)果如表4所示.不同深度地下水中苯胺及COD的單因子污染指數(shù)(值)均出現(xiàn)大于1的情況,研究區(qū)地下水已受到污染.埋深在2.3～7m的地下水(淺層地下水)苯胺值小于1的點(diǎn)位超過60%,多數(shù)點(diǎn)位未污染,已污染點(diǎn)位為輕度和中度污染;埋深在7～12.7m的地下水(深層地下水)苯胺值大于1的點(diǎn)位超過60%,多數(shù)點(diǎn)位受到污染,且超過10%的點(diǎn)位已達(dá)到嚴(yán)重污染,值最大可達(dá)到305.42,存在局部污染嚴(yán)重區(qū).與淺層地下水相比深層地下水苯胺濃度更高,污染范圍更廣,污染較重.不同深度地下水COD的值大于1的點(diǎn)位均超過90%,研究區(qū)地下水存在大范圍COD污染.淺層和深層地下水COD的值最大分別為67.44和90.63,均達(dá)到嚴(yán)重污染水平.淺層地下水COD已污染點(diǎn)位主要為輕度及以下污染,所占比例57.1%;深層地下水則主要為中度及以上污染,所占比例60.7%,研究區(qū)地下水COD污染呈現(xiàn)深層較重的情況.

表4 地下水污染程度單因子指數(shù)評價(jià)

2.3 含水層溶解態(tài)污染物空間分布特征

不同水平/垂直各項(xiàng)異性比系數(shù)(H/V)條件下IDW插值預(yù)測精度平均誤差(ME)和均方根誤差(RMSE)如圖2(a)所示.5種插值模型ME和RMSE值均較小且接近于0,模型均具有較高精度,但不同H/V條件下插值精度差異較小,因此綜合考慮模型精度及研究需要,將H/V設(shè)定為8.不同權(quán)指數(shù)IDW插值預(yù)測精度ME和RMSE如圖2(b)所示,預(yù)測模型的ME和RMSE值均較小且接近于0,模型均具有較高精度,權(quán)指數(shù)為6時(shí)預(yù)測精度最高,本次插值計(jì)算權(quán)指數(shù)設(shè)定為6.

含水層中溶解態(tài)苯胺和COD空間分布如圖3所示.苯胺污染羽呈現(xiàn)西南向東北方向分布.超過苯胺對照值0.046mg/L的受污染含水層體積為1.41× 106m3,占研究區(qū)總含水層體積2.97×106m3的47.5%.淺層受污染含水層體積為5.20×105m3,占淺層含水層體積1.37×106m3的37.9%;深層受污染含水層體積為8.86×105m3,占深層含水層體積1.6×106m3的53.8%,深層含水層中苯胺的污染范圍更大.研究區(qū)地下水中苯胺總質(zhì)量為133.04kg,其中淺層地下水苯胺質(zhì)量14.9kg,深層地下水苯胺質(zhì)量118.2kg,深層地下水中聚集了更多的苯胺.含水層中COD濃度較高,大部分區(qū)域COD污染濃度超過47mg/L,除苯胺外,研究區(qū)含水層存在其他有機(jī)污染物.超過COD對照值16mg/L的受污染含水層體積為2.95×106m3,占研究區(qū)總含水層體積的99.33%.淺層受污染含水層體積為1.35×106m3,占淺層含水層體積的98.5%;深層受污染含水層體積為1.6×106m3,深層含水層COD濃度均超過對照值.地下水中COD總質(zhì)量1.06× 105kg,其中淺層地下水COD質(zhì)量3.82×104kg,深層地下水COD質(zhì)量6.81×104kg,深層地下水中COD污染更嚴(yán)重.受污染物性質(zhì)、地層非均勻性、地下水流作用等因素影響,含水層中溶解態(tài)苯胺和COD空間分布存在明顯的分層特征.

圖2 不同KH/V和不同權(quán)指數(shù)模型預(yù)測誤差

IDW2-3表示權(quán)指數(shù)為2,H/V為3

圖3 研究區(qū)地下水溶解態(tài)苯胺和COD分布情況

含水層介于標(biāo)高1081～1093m.為進(jìn)一步分析不同深度含水層溶解態(tài)苯胺和COD污染分布情況,分別取標(biāo)高為1090和1085m的含水層水平切片如圖4所示.結(jié)果顯示,淺層地下水(標(biāo)高1090m)苯胺斑塊化分布明顯,污染濃度均低于1mg/L;深層地下水(標(biāo)高1085m)苯胺濃度基本呈面狀分布,且圍繞D6、D12、D24采樣點(diǎn)形成3個(gè)高值聚集區(qū),污染濃度最高可達(dá)14mg/L.從水平方向看,前、中期修復(fù)使苯胺濃度高值區(qū)分布發(fā)生變化,后期應(yīng)根據(jù)污染物分布情況對修復(fù)方案進(jìn)行調(diào)整.從垂直方向看,隨地下水埋深增加,苯胺污染分布范圍擴(kuò)大,濃度增高,主要由于苯胺密度略大于水,在重力作用下苯胺發(fā)生垂向遷移,濃度隨深度增加而增大,高濃度污染范圍擴(kuò)大并連成一片.淺層地下水COD圍繞D1、D8、D25形成濃度高值聚集區(qū),污染濃度最高可達(dá)1079mg/L;深層地下水COD圍繞D1、D8、D25、D28、D26、D3濃度高值聚集區(qū),污染濃度最高可達(dá)1450mg/L.從水平方向看,因研究區(qū)COD濃度較高,濃度高值聚集區(qū)仍然集中分布在D1、D3點(diǎn)附近,后期應(yīng)根據(jù)污染物賦存狀態(tài)調(diào)整修復(fù)方案,更高效的去除含水層中有機(jī)污染物.從垂直方向看,隨地下水埋深增加,高值區(qū)面積增加,污染濃度增大.

圖4 研究區(qū)含水層水平方向溶解態(tài)苯胺和COD分布

2.4 含水層吸附態(tài)污染物空間分布特征

圖5 研究區(qū)含水層中吸附態(tài)苯胺空間分布情況

含水層中吸附態(tài)苯胺的空間分布范圍如圖5所示.含水層中吸附態(tài)與溶解態(tài)苯胺分布范圍相似,吸附態(tài)苯胺呈現(xiàn)西南向東北方向分布.研究區(qū)含水層中吸附態(tài)苯胺總質(zhì)量為157.09kg,是溶解態(tài)苯胺總質(zhì)量的1.18倍.苯胺以吸附態(tài)和溶解態(tài)存在于含水層中,吸附作用不僅會增加污染物在含水層中的停留時(shí)間[43],還會使大量污染物殘留于含水層中作為長期污染源,在水力作用下不斷向環(huán)境中釋放污染物,為地下水修復(fù)和治理帶來困難.深層含水層吸附態(tài)苯胺質(zhì)量為137.19kg,是淺層含水層吸附態(tài)苯胺質(zhì)量19.90kg的6.89倍,吸附態(tài)苯胺主要賦存于深層含水層.

含水層介于標(biāo)高1081～1093m,分別取標(biāo)高為1090和1085m的含水層水平切片如圖6所示.切片結(jié)果顯示,淺層含水層中(標(biāo)高1090m)吸附態(tài)苯胺呈面狀分布,含量均低于0.13mg/kg;深層含水層吸附態(tài)與溶解態(tài)苯胺分布范圍相似,分布存在3個(gè)高值聚集區(qū),集中在D6、D12、D24周圍,含量最高可達(dá)2.92mg/kg,隨深度增加含水層中吸附態(tài)苯胺含量增加,污染分布范圍擴(kuò)大.

2.5 地下水健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

場地地下水不具有飲用功能,但場地下游3.9km處存在地下水飲用水源地,因此健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)時(shí)考慮飲用和呼吸吸入兩種途徑.根據(jù)式(8)～(11)計(jì)算得到地下水中苯胺的致癌風(fēng)險(xiǎn)值和非致危害商如圖7所示.70%的點(diǎn)位苯胺致癌風(fēng)險(xiǎn)超過可接受風(fēng)險(xiǎn)值1×10-6,24%的點(diǎn)位苯胺非致癌危害商超過可接受危害商1,場地地下水不可接受致癌風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位數(shù)量較多,苯胺對人體健康造成的潛在風(fēng)險(xiǎn)不容忽視.飲水途徑下苯胺致癌風(fēng)險(xiǎn)均值1.50×10-5,非致癌危害均值1.88;皮膚接觸途徑下苯胺致癌風(fēng)險(xiǎn)均值1.28×10-10,非致癌危害均值3.20×10-6,飲用地下水是苯胺的主要暴露途徑.

3 結(jié)論

3.1 研究區(qū)含水層溶解態(tài)苯胺濃度范圍0～ 14.049mg/L,均值為0.34mg/L;吸附態(tài)苯胺范圍0～ 2.908mg/kg,均值為0.106mg/kg.COD濃度范圍為15～1450mg/L,均值為215.82mg/L.數(shù)據(jù)分布范圍大,污染物空間分布不均,存在局部區(qū)域污染物濃度極高.

3.2 單因子評價(jià)結(jié)果表明,苯胺和COD的值最高為305.42和90.63,研究區(qū)地下水已存在污染.淺層地下水中苯胺達(dá)到中污染水平;深層地下水苯胺達(dá)到嚴(yán)重污染水平.COD達(dá)到嚴(yán)重污染水平,淺層以輕度及以下污染為主,深層以中度及以上污染為主.

3.3 從研究區(qū)含水層污染物空間分布情況看,苯胺和COD污染分布范圍均較大,垂方向上具有明顯分層特征.從研究區(qū)含水層污染物賦存狀態(tài)看,含水層中吸附態(tài)苯胺總質(zhì)量為157.09kg,是溶解態(tài)苯胺總質(zhì)量的1.18倍.

3.4 健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果表明,場地含水層中苯胺對人體健康產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌危害,超過70%的點(diǎn)位風(fēng)險(xiǎn)不可接受,飲用地下水是苯胺的主要暴露途徑.

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Research on distribution characteristics and health risk assessment of volatile organic compounds (VOCs) in the typical aquifers.

WANG Ying1, WANG Ming-yu2, WU Chang-yong1, WANG Yue1*, FAN Shuai1, MA Xue-min1

(1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Research Center of Environmental Pollution Control Engineering Technology, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100020, China；2.College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 101408, China)., 2023,43(2)：821～830

An organic contaminated site in northwest China was selected to research volatile organic compounds (VOCs) distribution characteristics and human health risk assessment in the typical aquifers. 65 groundwater samples were collected through layered sampling technique. The distribution characteristics and human health risk assessment of aniline and COD in the aquifers was analysed by multivariate statistics, adsorption thermodynamics, three-dimensional interpolation and health risk assessment methods. The results showed that the groundwater in the study area has been polluted. The largest single factor pollution index value of aniline and COD was 305.42 and 90.63 respectively. The contamination plume of aniline and COD in the aquifer was large. The vertical distribution form 7 to 12.7m of aniline and COD was larger and concentration was higher. The total mass of adsorbed aniline in the aquifer was 1.18times than that of dissolved aniline. Aniline in the groundwater would cause carcinogenic and non-carcinogenic hazards to human health. Aniline mainly causes harm to human health through drinking groundwater.

VOCs；distribution characteristics；absorption；3-D interpolation；human health risk

X523

A

1000-6923(2023)02-0821-10

王 穎(1995-),女,河北保定人,碩士,中國環(huán)境科學(xué)研究院研究助理,主要從事污染場地風(fēng)險(xiǎn)評估研究.發(fā)表文章3篇.

2022-06-27

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2020YFC1807103)

* 責(zé)任作者, 高級工程師, yuewanggg@126.com