重金屬Cr(Ⅵ)遷移模型及健康風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)預(yù)警研究.pdf

1、鉻鹽及鉻鐵合金生產(chǎn)過程產(chǎn)生的大量含鉻廢渣歷年堆存量達(dá)600萬噸，其中的Cr(Ⅵ)通過遷移嚴(yán)重污染環(huán)境，危及人體健康。本文以某典型鉻渣堆場(chǎng)為研究對(duì)象，調(diào)查Cr(Ⅵ)的污染現(xiàn)狀，研究其遷移規(guī)律、暴露途徑、暴露水平及健康風(fēng)險(xiǎn)特征，全面系統(tǒng)評(píng)價(jià)鉻渣、土壤、蔬菜和地下水中Cr(Ⅵ)的健康風(fēng)險(xiǎn)，建立Cr(Ⅵ)在“鉻渣-土壤-地下水”系統(tǒng)中的整體遷移模型，從時(shí)間和空間維度拓展人類健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)理論，從規(guī)劃和決策層面構(gòu)建基于GIS的區(qū)域Cr(Ⅵ)污染

2、動(dòng)態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警綜合管理平臺(tái)。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)揭示了鉻渣中Cr(Ⅵ)溶解釋放的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，建立了模擬酸雨條件下鉻渣中Cr(Ⅵ)的動(dòng)態(tài)淋溶仿真模型，定量預(yù)測(cè)大氣降水作用下Cr(Ⅵ)對(duì)土壤的污染強(qiáng)度，為防止鉻渣對(duì)土壤和地下水造成污染提供科學(xué)依據(jù)。鉻渣中Cr(Ⅵ)溶解釋放規(guī)律服從Fick擴(kuò)散定律，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)酸雨淋溶鉻渣釋放Cr(Ⅵ)仿真結(jié)果效果較好，絕對(duì)平均誤差率<1.40％。遺傳算法優(yōu)化后的指數(shù)衰減模型模擬結(jié)

3、果較好，最大均方根誤差優(yōu)化率達(dá)76％。
　　 (2)研究了Cr(Ⅵ)在土壤中的遷移機(jī)理和污染規(guī)律，結(jié)合鉻渣淋溶仿真模型建立了定量描述土壤中Cr(Ⅵ)遷移特性的數(shù)學(xué)模型，為土壤和地下水鉻污染防治提供理論與技術(shù)支持。土壤對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附是吸熱反應(yīng)、自發(fā)過程，符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附模型和Freundlich等溫吸附模型，吸附量隨pH值降低而增大。利用土柱動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)測(cè)定了水動(dòng)力參數(shù)和遷移參數(shù)(彌散系數(shù)、吸附分配系數(shù)、遲滯因子等)，利用

4、HYDRUS模型對(duì)土壤中Cr(Ⅵ)遷移模擬效果良好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.9986。
　　 (3)綜合考慮酸雨淋溶、對(duì)流、彌散、吸附解吸及源匯項(xiàng)等條件，首次構(gòu)建了定量描述Cr(Ⅵ)在“鉻渣-土壤-地下水”系統(tǒng)中的整體遷移動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)歷史與未來污染的定量估計(jì)和有效預(yù)測(cè)，為我國(guó)鉻渣、土壤和地下水的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)所測(cè)地下水滲透系數(shù)、Cr(Ⅵ)吸附分配系數(shù)、遲滯因子等參數(shù)，針對(duì)研究區(qū)水文地質(zhì)狀況建立的地下水遷移模型的計(jì)算

5、水頭與實(shí)測(cè)水頭差小于3米，地下水中Cr(Ⅵ)濃度的實(shí)測(cè)與模擬值均方誤差為0.4303，所建模型基本可靠。結(jié)果顯示鉻渣的無害化處理對(duì)地下水環(huán)境質(zhì)量具有明顯改善作用。
　　 (4)提出了從時(shí)間和空間維度拓展健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)理論的方法，應(yīng)用遷移模型實(shí)現(xiàn)暴露劑量的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，應(yīng)用GIS技術(shù)擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的地域尺度，實(shí)現(xiàn)基于暴露群體、土地利用類型、蔬菜種類和暴露途徑的不同歷史時(shí)期定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：重風(fēng)險(xiǎn)主要分布于工業(yè)區(qū)，居住區(qū)風(fēng)險(xiǎn)最輕；鉻渣

6、堆場(chǎng)的致癌風(fēng)險(xiǎn)高達(dá)0.0204～0.0341，超出最高允許閥值數(shù)倍；蔬菜有將土壤中的高毒性Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為低毒性Cr(Ⅲ)的能力，蔬菜中總鉻平均含量超出閥值3倍多，白菜對(duì)鉻的富集能力和健康風(fēng)險(xiǎn)在幾種常見蔬菜中最高；直接土壤暴露的三個(gè)途徑中，口腔攝入風(fēng)險(xiǎn)最大；地下水對(duì)成人和兒童的健康風(fēng)險(xiǎn)分別大于最高允許風(fēng)險(xiǎn)值70和150余倍?？梢奀r(Ⅵ)具有很高毒性，對(duì)人類健康危害嚴(yán)重，特別是兒童這一脆弱群體。
　　 (5)構(gòu)建了基于GIS的C

7、r(Ⅵ)污染動(dòng)態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)預(yù)警綜合管理平臺(tái)，通過數(shù)據(jù)庫管理和軟件開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了鉻渣淋溶、土壤和地下水遷移模型間的無縫耦合，以及健康風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與預(yù)警，有效提高了環(huán)境管理的信息化程度。利用GIS的數(shù)據(jù)管理、空間分析與ArcEngine組件開發(fā)技術(shù)，以C/S(客戶/服務(wù)器)為基本結(jié)構(gòu)，ArcSDE為空間數(shù)據(jù)庫引擎，通過對(duì)MATLAB與.NET的集成編程、遺傳算法的實(shí)現(xiàn)、AutoCAD宏開發(fā)與Modflow的集成、模型間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具的開發(fā)