芜湖内河水环境重金属分布特征及健康风险评价

doi:10.11988/ckyyb.20230602

长江科学院院报 ›› 2024, Vol. 41 ›› Issue (9): 44-52.DOI: 10.11988/ckyyb.20230602

芜湖内河水环境重金属分布特征及健康风险评价

王兴明¹^,²(), 沈杰¹^,², 范廷玉¹^,², 储昭霞³^,⁴, 董众兵¹^,², 董鹏⁵, 梁淑英⁶, 邓瑞来⁷

¹ 安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232001
² 安徽理工大学安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室,安徽淮南 232001
³ 淮南师范学院生物工程学院,安徽淮南 232038
⁴ 淮南师范学院资源与环境生物技术安徽普通高校重点实验室,安徽淮南 232038
⁵ 昆明理工大学冶金与能源工程学院,昆明 650031
⁶ 滁州市环保局,安徽滁州 239004
⁷ 安徽开源园林绿化工程有限公司,合肥 230031

收稿日期:2023-06-05 修回日期:2023-08-14 出版日期:2024-09-01 发布日期:2024-09-20
作者简介:
王兴明(1981-),男,安徽马鞍山人,副教授,博士后,硕士生导师,研究方向为环境污染与生态修复。E-mail:xmwang-2004@126.com
基金资助:
国家自然科学基金项目(51878004); 国家重点研发计划项目(2020YFC1908601); 国家重点研发计划项目(2019YFC1803501); 安徽高校协同创新项目(GXXT-2020-075); 安徽省重点研究与开发计划项目(202104a06020027); 安徽省高校优秀人才重点支持计划项目(gxyqZD2021129); 安徽省高潜水位矿区水土资源综合利用与生态保护工程实验室开放课题(2022-WSREPMA-04); 安徽理工大学芜湖研究院研发专项(ALW2020YF08); 安徽开源园林绿化工程有限公司研发专项

Characteristics of Heavy Metal Distribution and Health Risk Assessment in the Inland River Water Environment of Wuhu City

WANG Xing-ming¹^,²(), SHEN Jie¹^,², FAN Ting-yu¹^,², CHU Zhao-xia³^,⁴, DONG Zhong-bing¹^,², DONG Peng⁵, LIANG Shu-ying⁶, DENG Rui-lai⁷

¹ School of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China
² Anhui Provincial Laboratory of Water and Soil Resources Comprehensive Utilization and Ecological ProtectionEngineering for Mining Areas with High Groundwater Level, Anhui University of Science and Technology,Huainan 232001, China
³ School of Biological Engineering, Huainan Normal University,Huainan 232038,China
⁴ Key Laboratory of Bioresource and Environmental Biotechnology of Anhui Higher Education Institutes,Huainan Normal University,Huainan 232038, China
⁵ School of Metallurgy and Energy Engineering, KunmingUniversity of Science and Technology, Kunming 650031,China
⁶ Chuzhou Environmental Protection Bureau,Chuzhou 239004, China
⁷ Anhui Open Source Landscaping Engineering Co., Ltd., Hefei 230031, China

Received:2023-06-05 Revised:2023-08-14 Published:2024-09-01 Online:2024-09-20

摘要/Abstract

摘要：

为明确芜湖内河水体中重金属健康危险程度,以芜湖内河为研究对象,选取芜湖3条典型城市河道设置采样断面,对样品中Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn这6种重金属进行测试分析,使用健康风险模型评价重金属对人体健康风险。水样分析结果表明:研究区重金属Mn、Ni超过《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅲ类水标准,Cr、Pb有部分点位超过Ⅲ类水标准。主成分分析结果表明:Cu、Ni、Mn和Zn由工业和生活源控制,Pb属于交通源因子,Cr是自然地质背景和人类活动因子。健康风险评价结果表明:6种重金属不存在非致癌风险,汇成河道和中山南路河道存在非致癌风险,直接摄入途径下,重金属Cr和Ni存在致癌风险。该研究结果可为芜湖城市内河水体重金属污染防治和居民生活安全用水提供措施和建议。

关键词: 芜湖内河, 城市河道, 重金属, 主成分分析, 健康风险评价

Abstract:

To assess the health risks associated with heavy metals in Wuhu’s inland waters, we selected sampling sections in three typical urban rivers in Wuhu to test the concentrations of six heavy metals—Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn. We used a health risk model to evaluate the potential risks these metals pose to human health. Analysis of water samples revealed that Mn and Ni exceeded Class III water quality standards (according to the Environmental Quality Standard for Surface Water (GB3838—2002)), while Cr and Pb also surpassed the standard at certain locations. Principal component analysis identified that Cu, Ni, Mn, and Zn are influenced by industrial and domestic sources, Pb is associated with traffic, and Cr is affected by both natural geological factors and human activities. The health risk assessment indicated no non-carcinogenic risk for the six metals overall. However, there was a non-carcinogenic risk in the Huicheng River Channel and the Zhongshan South Road Channel, and a carcinogenic risk for Cr and Ni through direct intake pathways. These findings offer guidance for measures and recommendations to mitigate heavy metal pollution in Wuhu’s urban inland waters and ensure safe drinking water for residents.

Key words: inland rivers of Wuhu City, urban rivers, heavy metals, principal component analysis, health risk assessment

中图分类号:

王兴明, 沈杰, 范廷玉, 储昭霞, 董众兵, 董鹏, 梁淑英, 邓瑞来. 芜湖内河水环境重金属分布特征及健康风险评价[J]. 长江科学院院报, 2024, 41(9): 44-52.

WANG Xing-ming, SHEN Jie, FAN Ting-yu, CHU Zhao-xia, DONG Zhong-bing, DONG Peng, LIANG Shu-ying, DENG Rui-lai. Characteristics of Heavy Metal Distribution and Health Risk Assessment in the Inland River Water Environment of Wuhu City[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2024, 41(9): 44-52.

人群	IR/ (L·d^-1)	EF/ (d·a^-1)	ED/a	BW/kg	AT/d
成人	2.2	350	30	65	30×365
儿童	1.1	320	6	22	6×365

人群	IR/ (L·d^-1)	EF/ (d·a^-1)	ED/a	BW/kg	AT/d
成人	2.2	350	30	65	30×365
儿童	1.1	320	6	22	6×365

河道	项目	重金属浓度/(mg·L^-1)
河道	项目	Cr	Cu	Mn	Ni	Pb	Zn
	最大值	0.034 5	0.046 7	0.125 0	0.029 2	0.012 5	0.175
	最小值	0.027 1	0.040 0	0.076 3	0.017 9	0.009 5	0.142 0
ZYC	平均值	0.030 4	0.042 2	0.100 0	0.025 3	0.012 0	0.154 0
	标准偏差	0.003 8	0.003 9	0.024 4	0.006 4	0.001 5	0.017 9
	变异系数/%	12.43	9.12	24.38	25.2	13.68	11.61
	最大值	0.053 3	0.046 3	0.145 0	0.040 0	0.095 0	0.143 0
	最小值	0.030 3	0.018 8	0.103 0	0.012 1	0.009 2	0.039 1
HC	平均值	0.038 9	0.030 4	0.117 0	0.028 0	0.025 3	0.116 0
	标准偏差	0.010 3	0.009 4	0.015 7	0.011 9	0.034 3	0.038 6
	变异系数/%	26.42	30.89	13.41	42.52	135.78	33.33
	最大值	0.043 3	0.067 1	0.271 0	0.068 0	0.058 8	0.222 0
	最小值	0.023 3	0.041 3	0.100 0	0.006 3	0.012 4	0.089 1
ZL	平均值	0.036 0	0.052 1	0.144 0	0.030 0	0.028 0	0.136 0
	标准偏差	0.007 4	0.008 5	0.052 7	0.024 4	0.017 9	0.043 6
	变异系数/%	20.62	16.31	36.64	82.48	64.14	31.97
GB3838—2002中Ⅲ类水标准上限^[25]		0.05	1.0	0.1	0.02	0.05	1.0
WHO标准上限^[25]		0.05	1.0	0.1	0.02	0.05	2.0

河道	项目	重金属浓度/(mg·L^-1)
河道	项目	Cr	Cu	Mn	Ni	Pb	Zn
	最大值	0.034 5	0.046 7	0.125 0	0.029 2	0.012 5	0.175
	最小值	0.027 1	0.040 0	0.076 3	0.017 9	0.009 5	0.142 0
ZYC	平均值	0.030 4	0.042 2	0.100 0	0.025 3	0.012 0	0.154 0
	标准偏差	0.003 8	0.003 9	0.024 4	0.006 4	0.001 5	0.017 9
	变异系数/%	12.43	9.12	24.38	25.2	13.68	11.61
	最大值	0.053 3	0.046 3	0.145 0	0.040 0	0.095 0	0.143 0
	最小值	0.030 3	0.018 8	0.103 0	0.012 1	0.009 2	0.039 1
HC	平均值	0.038 9	0.030 4	0.117 0	0.028 0	0.025 3	0.116 0
	标准偏差	0.010 3	0.009 4	0.015 7	0.011 9	0.034 3	0.038 6
	变异系数/%	26.42	30.89	13.41	42.52	135.78	33.33
	最大值	0.043 3	0.067 1	0.271 0	0.068 0	0.058 8	0.222 0
	最小值	0.023 3	0.041 3	0.100 0	0.006 3	0.012 4	0.089 1
ZL	平均值	0.036 0	0.052 1	0.144 0	0.030 0	0.028 0	0.136 0
	标准偏差	0.007 4	0.008 5	0.052 7	0.024 4	0.017 9	0.043 6
	变异系数/%	20.62	16.31	36.64	82.48	64.14	31.97
GB3838—2002中Ⅲ类水标准上限^[25]		0.05	1.0	0.1	0.02	0.05	1.0
WHO标准上限^[25]		0.05	1.0	0.1	0.02	0.05	2.0

河道	重金属浓度/(mg·L^-1)
河道	Cr	Cu	Mn	Ni	Pb	Zn
研究区 (芜湖内河)	0.036 0	0.043 2	0.128 0	0.028 3	0.024 2	0.133 0
福建白马河^[26]		0.325 0	0.023 0		0.014 0	0.143 0
宁波内河^[27]	0.225 3	0.043 2	0.066 4	0.028 3	0.081 1	0.132 5
贵州内河^[28]		0.001 2	0.010 8		0.003 8	0.006 8
Xiaohe River^[29]	0.022 5	0.025 3		0.005 5	0.003 5	0.078 2
Ganga River^[30]	0.050 0	0.031 3	0.050 0	0.040 5	0.095 7	0.050 0

芜湖内河水环境重金属分布特征及健康风险评价

Characteristics of Heavy Metal Distribution and Health Risk Assessment in the Inland River Water Environment of Wuhu City

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重金属	RfD/(mg·(kg·d)^-1)	SF/(mg·(kg·d)^-1)
Cr	0.030 0	0.5
Cu	0.040 0	—
Mn	0.046 0	—
Ni	0.020 0	0.84
Pb	0.001 4	—
Zn	0.030 0	—

重金属	因子载荷
重金属	PC1	PC2	PC3
Cu	0.836	0.37	0.047
Ni	0.716	-0.041	-0.183
Mn	0.65	0.018	0.489
Zn	0.536	-0.527	-0.302
Pb	-0.046	0.857	0.152
Cr	-0.073	-0.411	0.788
特征值	1.93	1.32	1.01
贡献率/%	32.15	22.00	16.84
累计贡献率/%	32.15	54.15	70.99

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重金属	ZYC		HC		ZL
重金属	成人	儿童	成人	儿童	成人	儿童
Cr	3.29×10^-2	4.44×10^-2	4.21×10^-2	5.69×10^-2	3.89×10^-2	5.26×10^-2
Cu	3.43×10^-2	4.63×10^-2	2.47×10^-2	3.33×10^-2	4.23×10^-2	5.71×10^-2
Mn	7.08×10^-2	9.56×10^-2	8.28×10^-2	1.12×10^-1	1.01×10^-1	1.37×10^-1
Ni	4.10×10^-2	5.54×10^-2	4.54×10^-2	6.13×10^-2	4.79×10^-2	6.47×10^-2
Pb	2.54×10^-1	3.43×10^-1	5.85×10^-1	7.91×10^-1	6.48×10^-1	8.75×10^-1
Zn	1.67×10^-1	2.26×10^-1	1.25×10^-1	1.69×10^-1	1.47×10^-1	1.99×10^-1
HI	6.00×10^-1	8.11×10^-1	9.06×10^-1	1.22	1.03	1.39

重金属	ZYC		HC		ZL
重金属	成人	儿童	成人	儿童	成人	儿童
Cr	3.29×10^-2	4.44×10^-2	4.21×10^-2	5.69×10^-2	3.89×10^-2	5.26×10^-2
Cu	3.43×10^-2	4.63×10^-2	2.47×10^-2	3.33×10^-2	4.23×10^-2	5.71×10^-2
Mn	7.08×10^-2	9.56×10^-2	8.28×10^-2	1.12×10^-1	1.01×10^-1	1.37×10^-1
Ni	4.10×10^-2	5.54×10^-2	4.54×10^-2	6.13×10^-2	4.79×10^-2	6.47×10^-2
Pb	2.54×10^-1	3.43×10^-1	5.85×10^-1	7.91×10^-1	6.48×10^-1	8.75×10^-1
Zn	1.67×10^-1	2.26×10^-1	1.25×10^-1	1.69×10^-1	1.47×10^-1	1.99×10^-1
HI	6.00×10^-1	8.11×10^-1	9.06×10^-1	1.22	1.03	1.39