CN113240282B - 一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，属于环境风险评价技术领域；一种多目标层次化确定汞污染土壤修复目标标准的方法，具体包括基于人体健康风险评估理论和土壤污染评价理论，计算了不同层次的基于人体健康的土壤汞修复目标值、基于植物健康的土壤汞修复目标值和基于地下水保护的土壤汞修复目标值，最终获取不同污染评价条件下的汞污染土壤综合修复目标值。本发明所提出的方法，实际应用性强，弥补了传统汞污染土壤修复目标值确定方法的局限性，对不同污染评价情境下土壤汞的修复目标值的选取具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及环境风险评价技术领域，特别是涉及一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法。
背景技术
土壤污染修复目标值是指用地工业用地或者农业用地土壤中污染物含量等于或者低于该值的，对农产品质量安全、农作物生长、土壤生态环境和人体健康的风险低，一般可以忽略；超过该值的，对农产品质量安全、农作物生长、土壤生态环境或人体健康可能存在风险，应当加强土壤环境监测和农产品协同监测，原则上应当采取安全利用措施。因地制宜地确定土壤重金属修复目标值是对污染土壤的可持续利用有很强的指导意义。
土壤汞污染风险评价众多，但这些评价多只关注汞环境效应、浓度效应、累积效应或生态毒理效应的某一方面，评估结果常偏重某一类指标因子，这导致对土壤汞的修复目标值的制定往往只针对生态风险、人体健康风险中的某一种，而忽视了土壤汞的综合修复目标值。同时，多数评价主要关注重金属全量而忽略有效态含量、生物可给性含量等，会影响评估结果的准确性。此外，对于基于保护土壤地下水的土壤汞含量研究相对较少。因此应从多个角度、采用多指数方法对土壤汞污染风险进行评价，获取不同污染评价情境下的土壤汞的综合修复目标值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，以解决上述背景技术中提出的问题：
土壤汞污染修复目标值制定方法单一，不能适应多种情境下土壤修复目标值确定的问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，包括以下步骤：
S1、采集受到汞污染的土壤，将污染土壤样品置于阴凉处风干，剔除植物根系和石砾等杂质；
S2、将风干的土壤样品粉碎后过100-200目筛，装入自封袋内并置于4℃环境下避光保存；
S3、称取一定量的经过所述S2处理的污染土壤，测定土壤中总汞、有效态汞、汞蒸气、汞的生物可给性含量，利用稀盐酸获取土壤中的植物有效态汞含量，利用ICP-MS测定固体废物前处理酸消解液中的汞浸出浓度；
S4、利用人体健康风险计算公式计算土壤总汞、汞蒸气和生物可给性汞的人体健康风险；
S5、根据植物有效态汞含量，计算生态风险、单因子污染指数和地累积指数，利用熵权法计算三种污染评价方法的综合污染指数；
S6、利用TCLP《固体废物毒性浸出实验醋酸缓冲溶液法》对土样进行汞浸出水平测试，计算样品浸出浓度和浸出量；
S7、根据所述S4中计算结果，建立层次化人体健康风险评估模型，求取基于人体健康的土壤汞修复目标值；
S8、根据所述S5的计算结果，建立层次化生态风险评估模型，求取基于生态风险的土壤汞修复目标值；
S9、根据所述S6的计算结果，建立层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型，求取基于地下水保护的土壤汞修复目标值；
S10、根据所述S7-S9中所得结果，获取不同污染评价条件下土壤汞的综合修复目标值。
优选地，所述S7中提到的层次化人体健康风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：以筛选值为修复目标值；
层次2：基于土壤总汞含量的修复目标值；
层次3：基于汞形态含量、汞蒸气含量和汞生物可给性的修复目标值。
优选地，所述S8中所提到的层次化生态风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于总汞含量的修复目标值；
层次2：基于植物有效性汞含量的修复目标值。
优选地，所述S9中所提到的层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于三相平衡模型的汞浸出浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值；
层次2：基于浸出汞浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值。
与现有技术相比，本发明提供了一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，具备以下有益效果：
(1)本发明提出了一种确定实际汞污染土壤中层次化多目标修复值方法，该方法利用土壤汞形态、土壤汞蒸气、土壤有效态汞确定基于人体健康保护的土壤汞的修复目标值；利用熵权法，结合土壤总汞的生态风险、单因子污染指数和地累积指数，计算土壤总汞的综合污染系数，获取基于生态保护的土壤汞的修复目标值；利用植物有效态汞浓度计算基于植物保护的土壤汞的修复目标值；利用汞的浸出浓度计算基于地下水保护的土壤汞的修复目标值；最终获得不同污染评价情况下的土壤汞的综合修复目标值，弥补了传统汞污染修复目标值确定方法单一，修复目标单一的缺点。
(2)本发明结合了土壤保护、植被保护、地下水保护和人体健康保护，对完善土壤-地下水-植被-人体健康污染评价体系中污染物修复目标值的确定具有重要意义。
附图说明
图1为本发明提出的一种确定实际汞污染土壤中多目标修复值方法的流程图；
图2为本发明提出的一种确定实际汞污染土壤中多目标修复值方法的“土壤浓度-三相平衡模拟浸出汞浓度”线性关系示意图；
图3为本发明提出的一种确定实际汞污染土壤中多目标修复值方法的“土壤浓度-浸出浓度”线性关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1：
请参阅图1，一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，包括以下步骤：
S1、采集受到汞污染的土壤，将污染土壤样品置于阴凉处风干，剔除植物根系和石砾等杂质；
S2、将风干的土壤样品粉碎后过100-200目筛，装入自封袋内并置于4℃环境下避光保存；
S3、称取一定量的经过S2处理的污染土壤，测定土壤中总汞、有效态汞、汞蒸气、汞的生物可给性含量，利用稀盐酸获取土壤中的植物有效态汞含量，利用ICP-MS测定固体废物前处理酸消解液中的汞浸出浓度；
S4、利用人体健康风险计算公式计算土壤总汞、汞蒸气和生物可给性汞的人体健康风险；
S5、根据植物有效态汞含量，计算生态风险、单因子污染指数和地累积指数，利用熵权法计算三种污染评价方法的综合污染指数；
S6、利用TCLP《固体废物毒性浸出实验醋酸缓冲溶液法》对土样进行汞浸出水平测试，计算样品浸出浓度和浸出量；
S7、根据S4中计算结果，建立层次化人体健康风险评估模型，求取基于人体健康的土壤汞修复目标值；
S8、根据S5的计算结果，建立层次化生态风险评估模型，求取基于生态风险的土壤汞修复目标值；
S9、根据S6的计算结果，建立层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型，求取基于地下水保护的土壤汞修复目标值；
S10、根据S7-S9中所得结果，获取不同污染评价条件下土壤汞的综合修复目标值。
S7中提到的层次化人体健康风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：以筛选值为修复目标值；
层次2：基于土壤总汞含量的修复目标值；
层次3：基于汞形态含量、汞蒸气含量和汞生物可给性的修复目标值。
S8中所提到的层次化生态风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于总汞含量的修复目标值；
层次2：基于植物有效性汞含量的修复目标值。
S9中所提到的层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于三相平衡模型的汞浸出浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值；
层次2：基于浸出汞浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值。
本发明提出了一种确定实际汞污染土壤中层次化多目标修复值方法，该方法利用土壤汞形态、土壤汞蒸气、土壤有效态汞确定基于人体健康保护的土壤汞的修复目标值；利用熵权法，结合土壤总汞的生态风险、单因子污染指数和地累积指数，计算土壤总汞的综合污染系数，获取基于生态保护的土壤汞的修复目标值；利用植物有效态汞浓度计算基于植物保护的土壤汞的修复目标值；利用汞的浸出浓度计算基于地下水保护的土壤汞的修复目标值；最终获得不同污染评价情况下的土壤汞的综合修复目标值，弥补了传统汞污染修复目标值确定方法单一，修复目标单一的缺点；除此之外，本发明结合了土壤保护、植被保护、地下水保护和人体健康保护，对完善土壤-地下水-植被-人体健康污染评价体系中污染物修复目标值的确定具有重要意义。
实施例2：
请参阅图1-3，基于实施例1但有所不同之处在于：
一种确定实际汞污染土壤中多目标修复值方法，包括以下步骤：
S1、采集受到土壤污染的30个土壤样品，将污染土壤样品置于阴凉处风干，剔除植物根系和石砾等杂质，粉碎后过100-200目筛，装入自封袋内并置于4℃环境下避光保存；
S2、称取一定量的S1中处理后的污染土壤，测定30个样品土壤中总汞浓度、25个土壤样品汞蒸气含量、9个土壤样品的植物有效态汞含量、30个土壤汞的生物可给性浓度、9个土壤样品的有效态汞含量和30个土壤样品土壤汞的浸出浓度和浸出量，测试结果如表1所示；
表1
S3、分别基于有效态汞、汞的生物可给性和汞蒸气测试结果，对经口摄入途径和吸入途径土壤暴露量进行计算，并进一步计算风险值和风险控制值，计算公式如下：
经口摄入途径土壤暴露量校正计算公式如下，其中a基于汞形态测试结果取0.85，ABSo基于可给性测试结果设定为0.02：
式中，OISER为经口摄入土壤暴露量(非致癌效应)；OSIRc为儿童每日摄入土壤量，mg.d-1；EDc为儿童暴露期，a；EFc为儿童暴露频率，d.a-1；BWc为儿童体重，kg；ABSo为经口摄入吸收效率因子，无量纲；ATnc为非致癌效应平均时间，d；
吸入土壤颗粒物途径土壤暴露量校正计算公式如下，其中a基于汞形态测试结果取0.85：
式中，PISERnc为吸入土壤颗粒物的土壤暴露量(非致癌效应)，kg；土壤，kg-1；体重，d-1；PM10为空气中可吸入浮颗粒物含量，
mg·m-3；DAIRc儿童每日空气呼吸量，m3·d-1；PIAF为吸入土壤颗粒物在体内滞留比例，无量纲；fspi为室内空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；EFIc为儿童的室内暴露频率，d·a-1；EFOc为儿童的室外暴露频率，d·a-1；fspo为室外空气中来自土壤的颗粒物所占比例，无量纲；
挥发吸入途径土壤暴露量校正计算公式如下，其中b基于挥发性汞含量测试结果设定为0.15：
式中，IOVER或IIVER为吸入室外空气中来自表层土壤的气态污染物对应的土壤暴露量(非致癌效应)，kg；土壤，kg-1；体重，d-1；VF为表层土壤中污染物扩散进入室外空气的挥发因子，kg·m-3；
利用不同土壤总汞、生物可给性汞、有效态汞和汞蒸气计算所得土壤汞的非致癌风险如表2所示，相应的修复目标值也列出在表内。
表2
S4、根据表1测得的总汞、植物有效态汞含量，计算土壤的生态风险Ei r,计算公式如下：
式中，Ci为土壤中重金属i的测定含量(mg.kg-1)；Cn i为i种重金属的参考值，选取0.04mg/kg；Tr i是汞的毒性反应系数，反映重金属的毒性程度和土壤对重金属污染的敏感性，选值为5。
计算所得9个土壤样品中总汞和植物有效性汞生态风险结果如表3所示。从表中可以看出，利用植物有效态汞能够大大降低生态风险。基于植物有效态汞的修复目标值为35.52mg/kg。
表3
S5、采用三相平衡耦合地下水稀释模型预测土壤孔隙水中Hg的浓度，三相平衡耦合地下水稀释模型见下式：
Cw＝Cs×ρb/(θw+H×θa+ρb×Kd)×10-3
式中:Cw土壤孔隙水中污染物浓度，mg/cm3；Cs为土壤中污染物总含量，mg/kg；ρb为土壤干容重，1.7g/cm3；θw为土壤中水的体积含量，取值0.26；θa为土壤孔隙中空气的体积含量，取值0.17；H为污染物亨利常数，取值0；Kd为污染物土-水分配系数，Hg的Kd为38.9cm3/g。
通过计算可得，利用三相平衡模拟所得汞的浸出浓度汞的浸出浓度与土壤样品中汞的总量呈正相关关系(R2＝0.6463)；根据建立的“土壤浓度-三相平衡模拟浸出汞浓度”线性关系，以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值为161.26mg/kg，如图2所示。
使用TCLP《固体废物毒性浸出实验醋酸缓冲溶液法》对土壤汞浸出水平测试，计算样品浸出浓度和浸出量。浸出率指重金属浸出量与该重金属总量的比值，计算样品中汞的浸出率如表1所示。汞浸出率最大为1.48％，最小为0.01％。虽样品之间存在一定差异，但总体来看，各样品中汞的浸出率较低。
通过SPLP方法，采用实测浸出水平推导基于地下水保护的土壤风险管控值。汞的浸出浓度与土壤样品中汞的总量呈正相关关系(R2＝0.4681)；根据建立的“土壤浓度-浸出浓度”线性关系，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的该地块基于保护地下水的土壤风险控制值分别为526mg/kg、95mg/kg和48mg/kg，如图3所示。
S6、通过S3、S4和S5即可获得不同评价条件下的土壤汞的综合修复目标值。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种多目标层次化确定汞污染土壤修复标准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集受到汞污染的土壤，将污染土壤样品置于阴凉处风干，剔除植物根系和石砾杂质；
S2、将风干的土壤样品粉碎后过100-200目筛，装入自封袋内并置于4℃环境下避光保存；
S3、称取经过所述S2处理的污染土壤，测定土壤中总汞、有效态汞、汞蒸气、汞的生物可给性含量，利用稀盐酸获取土壤中的植物有效态汞含量，利用ICP-MS测定固体废物前处理酸消解液中的汞浸出浓度；
S4、利用人体健康风险计算公式计算土壤总汞、汞蒸气和生物可给性汞的人体健康风险；
S5、根据植物有效态汞含量，计算生态风险、单因子污染指数和地累积指数，利用熵权法计算三种污染评价方法的综合污染指数；
S6、利用TCLP《固体废物毒性浸出实验醋酸缓冲溶液法》对土样进行汞浸出水平测试，计算样品浸出浓度和浸出量；
S7、根据所述S4中计算结果，建立层次化人体健康风险评估模型，求取基于人体健康的土壤汞修复目标值；
所述层次化人体健康风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：以筛选值为修复目标值；
层次2：基于土壤总汞含量的修复目标值；
层次3：基于汞形态含量、汞蒸气含量和汞生物可给性的修复目标值；
S8、根据所述S5的计算结果，建立层次化生态风险评估模型，求取基于生态风险的土壤汞修复目标值；
所述层次化生态风险评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于总汞含量的修复目标值；
层次2：基于植物有效性汞含量的修复目标值；
S9、根据所述S6的计算结果，建立层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型，求取基于地下水保护的土壤汞修复目标值；
所述层次化“土壤汞浓度-浸出汞浓度”关系模型评估模型的模型层次依次为：
层次1：基于三相平衡模型的汞浸出浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值；
层次2：基于浸出汞浓度的土壤修复目标值，分别以危险废物鉴别标准汞浸出浓度限值、地下水IV类标准、地下水III类标准为地下水浓度限值，确定的基于保护地下水的土壤汞修复目标值；
S10、根据所述S7-S9中所得结果，获取不同污染评价条件下土壤汞的综合修复目标值。
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