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锑(Sb)与砷、铅、镉均属于全球性分布的生物非必需元素,我国是一个“锑大国”,其锑储量与产量均居世界之首,工农业消耗的锑并未妥善处理,锑在自然环境中呈现不断积累的态势。2014—2017年,太浦河发生锑超标事件,苏州市吴江区印染企业多次被停产、限产。因此,本文选择工业发达地区太浦河流域土壤为研究对象,调查分析了流域内36个土壤样点,对流域内土壤重金属进行了监测分析与风险评估;针对流域土壤的主要污染重金属锑和镉进行了初步源解析;探讨了浅层土壤剖面锑和镉的含量及赋存形态的变化,分析了影响锑和镉迁移的主要环境因素及其迁移转化规律,并通过模拟酸雨淋溶进一步评估了土壤 Sb 和 Cd 对地表饮用水水质的风险。主要结论如下:
(1)太浦河流域土壤重金属风险评估:根据一类和二类建设用地筛选值,7种重金属(Pb、Cd、Zn、Cr、As、Ni、Sb)中Sb超标率分别为 52.8%和 8.3%;地累积指数和潜在生态危害指数评价显示纺织染整行业集聚区存在严重Sb、Cd污染;健康风险评价结果显示Cd对人体没有致癌风险和非致癌风险,而Sb对人体有慢性和亚慢性非致癌危害的点位超标率均为72.2%,其中 S35对人体的慢性和亚慢 性非致癌危害最大,危害熵分别为85.7、70.8。
(2)土壤重金属污染源解析:流域内重金属污染源主要有纺织染整行业、农业化学品投入和化工冶炼行业;各污染源对土壤中重金属的贡献率分别为①72.65%的Sb和47.34%的Cd来源于纺织染整行业;②33.54%的Ni和23.61%的Pb来源于化工冶炼行业;③60.41%的Ni和67.27%的Zn来源于农业化学品投入。经过行业产量、产值与废水排放统计分析和正定矩阵因子分析表明流域内 Sb 和 Cd 污染的主要来源是纺织染整行业。
(3)土壤中Sb和Cd的迁移转化规律:土壤中迁移能力为Cd?Sb;Sb在土壤中存在形态主要为残渣态,占70.14%~82.49%,随着土壤深度的增加,Sb可交换态由4.76%增加到9.44%;Cd在土壤中形态主要为残渣态和可交换态,比例分别为28.37%~32.84%和30.31%~37.27%,随着土壤深度的增加,可交换态比例降低,残渣态比例升高;Sb的迁移受pH、CEC和EC三个因子的影响,均呈显著的正相关;Cd 的迁移受 pH、Eh 的影响,也呈显著的正相关;太浦河流域内成人每天摄食摄入Sb含量为0.99 ~ 1.65 μg·Kg-1·BW-1,儿童每天摄食摄入Sb含量为3.55~5.92 μg·Kg-1·BW-1,高于WHO规定的标准。
(4)人工酸雨淋溶对土壤中Sb和Cd迁移转化的影响:通过酸雨淋溶,土壤渗滤液pH呈先升高后下降的趋势;土壤pH则呈下降趋势,最多下降 0.8;土壤渗滤液的电导率随着淋溶体积的增加而逐渐降低;Sb 在人工酸雨淋溶后,可交换态没有明显变化,残渣态比例降低了7.42%~23.81%,而Cd的可交换态升高了0.40%~13.31%;在pH 3.5的酸雨淋溶后,土壤Sb和Cd年释放量最大,分别达到1.801 mg、73.62 μg。
(1)太浦河流域土壤重金属风险评估:根据一类和二类建设用地筛选值,7种重金属(Pb、Cd、Zn、Cr、As、Ni、Sb)中Sb超标率分别为 52.8%和 8.3%;地累积指数和潜在生态危害指数评价显示纺织染整行业集聚区存在严重Sb、Cd污染;健康风险评价结果显示Cd对人体没有致癌风险和非致癌风险,而Sb对人体有慢性和亚慢性非致癌危害的点位超标率均为72.2%,其中 S35对人体的慢性和亚慢 性非致癌危害最大,危害熵分别为85.7、70.8。
(2)土壤重金属污染源解析:流域内重金属污染源主要有纺织染整行业、农业化学品投入和化工冶炼行业;各污染源对土壤中重金属的贡献率分别为①72.65%的Sb和47.34%的Cd来源于纺织染整行业;②33.54%的Ni和23.61%的Pb来源于化工冶炼行业;③60.41%的Ni和67.27%的Zn来源于农业化学品投入。经过行业产量、产值与废水排放统计分析和正定矩阵因子分析表明流域内 Sb 和 Cd 污染的主要来源是纺织染整行业。
(3)土壤中Sb和Cd的迁移转化规律:土壤中迁移能力为Cd?Sb;Sb在土壤中存在形态主要为残渣态,占70.14%~82.49%,随着土壤深度的增加,Sb可交换态由4.76%增加到9.44%;Cd在土壤中形态主要为残渣态和可交换态,比例分别为28.37%~32.84%和30.31%~37.27%,随着土壤深度的增加,可交换态比例降低,残渣态比例升高;Sb的迁移受pH、CEC和EC三个因子的影响,均呈显著的正相关;Cd 的迁移受 pH、Eh 的影响,也呈显著的正相关;太浦河流域内成人每天摄食摄入Sb含量为0.99 ~ 1.65 μg·Kg-1·BW-1,儿童每天摄食摄入Sb含量为3.55~5.92 μg·Kg-1·BW-1,高于WHO规定的标准。
(4)人工酸雨淋溶对土壤中Sb和Cd迁移转化的影响:通过酸雨淋溶,土壤渗滤液pH呈先升高后下降的趋势;土壤pH则呈下降趋势,最多下降 0.8;土壤渗滤液的电导率随着淋溶体积的增加而逐渐降低;Sb 在人工酸雨淋溶后,可交换态没有明显变化,残渣态比例降低了7.42%~23.81%,而Cd的可交换态升高了0.40%~13.31%;在pH 3.5的酸雨淋溶后,土壤Sb和Cd年释放量最大,分别达到1.801 mg、73.62 μg。