水環(huán)境優(yōu)先控制污染物篩選方法研究進(jìn)展

范　薇，周金龍，曾妍妍

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830052)

水環(huán)境優(yōu)先控制污染物篩選方法研究進(jìn)展

范薇1,2，周金龍1,2，曾妍妍1,2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆水文水資源工程技術(shù)研究中心，新疆 烏魯木齊 830052)

[摘要]近年來(lái)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，環(huán)境污染日益突出，尤其水污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，確定環(huán)境優(yōu)先污染物，是開(kāi)展水環(huán)境監(jiān)測(cè)、水污染環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理等的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，對(duì)降低水環(huán)境監(jiān)測(cè)成本、改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。通過(guò)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果針對(duì)潛在危害指數(shù)法、綜合評(píng)分法等優(yōu)先污染物篩選方法進(jìn)行分析研究。提出污染物篩選方法研究應(yīng)沿多指標(biāo)、定量化方向發(fā)展，在今后環(huán)境優(yōu)先污染物篩選方法研究中更多關(guān)注有機(jī)污染物對(duì)環(huán)境的影響。

[關(guān)鍵詞]水環(huán)境；優(yōu)先控制污染物；有機(jī)污染物；篩選方法

近年來(lái)，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益突出，其中，水環(huán)境污染問(wèn)題倍受矚目。水環(huán)境污染物也越來(lái)越復(fù)雜。但是由于人力、物力、財(cái)力和科技水平等多方面因素局限，對(duì)環(huán)境中的所有污染物進(jìn)行全面篩選和治理越發(fā)難以實(shí)現(xiàn)?？茖W(xué)識(shí)別水環(huán)境的污染特征，明確水環(huán)境的特征污染物清單，是開(kāi)展水污染環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)。研究開(kāi)發(fā)科學(xué)實(shí)用的特征污染物篩選技術(shù)，獲取反映水污染特點(diǎn)與環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)密切的特征污染物清單，是開(kāi)展具體水污染環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)工作。

自20世紀(jì)中期開(kāi)始，多個(gè)國(guó)家、組織和地區(qū)集中有限的資源，對(duì)健康危害大的污染物進(jìn)行優(yōu)先研究和優(yōu)先治理，研發(fā)了自己的污染物篩選方法，編制自己的環(huán)境優(yōu)先污染物清單。我國(guó)在“七五”期間由原國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局主持研究并提出了我國(guó)的水中優(yōu)先控制污染物黑名單。目前國(guó)內(nèi)外篩選優(yōu)先污染物的方法主要有潛在危害指數(shù)法、綜合評(píng)分法、密切值法、Hasse圖解法、模糊數(shù)學(xué)法、風(fēng)險(xiǎn)得分法等[1-7]。

1潛在危害指數(shù)法

潛在危害指數(shù)法[8]是一種根據(jù)化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的潛在危害大小給其排序的方法。以對(duì)環(huán)境潛在危害最大的化學(xué)物質(zhì)列為優(yōu)先考慮對(duì)象為原則，利用化學(xué)物質(zhì)對(duì)人和生物的各種毒性數(shù)據(jù)根據(jù)模型計(jì)算來(lái)對(duì)其進(jìn)行排序和篩選。

1998年徐海結(jié)合化學(xué)物和有毒化學(xué)品的毒理性數(shù)據(jù)及企業(yè)的年排放量，運(yùn)用潛在危害指數(shù)法篩選出了SO2、NOX、甲醛等9項(xiàng)某大型石油化工企業(yè)的環(huán)境監(jiān)測(cè)因子[9]。2005年王莉等以化合物的潛在危害指數(shù)、化合物在地表水和底泥中的檢出率、化合物的平均濃度作為評(píng)價(jià)因子，并結(jié)合流域?qū)嶋H情況對(duì)其進(jìn)行權(quán)重賦值，根據(jù)潛在危害指數(shù)法對(duì)遼河流域渾河沈陽(yáng)段地表水和底質(zhì)中檢出的有機(jī)污染物進(jìn)行了潛在危害排序，最終確定了苯、苯并(a)蒽、苯并(a)芘等34個(gè)優(yōu)先控制有機(jī)污染物[6]。

但因潛在危害指數(shù)法還存在以下不足之處：未考慮污染物在環(huán)境中的存在狀態(tài)；對(duì)所有污染物都存在于環(huán)境中且具有相同濃度的假定；不易獲得“三致”污染物調(diào)整序碼和污染物閾限值；復(fù)雜混合物的處理中未考慮協(xié)同拮抗作用；不能體現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的擴(kuò)散規(guī)律等，所以后來(lái)采用此方法進(jìn)行研究的學(xué)者為使篩選結(jié)果更加合理，一般采用潛在危害指數(shù)法與綜合評(píng)分法或加權(quán)評(píng)分法相結(jié)合的方法，或者在改進(jìn)原來(lái)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行污染物的篩選研究[10-12]。

2010年宋利臣等提出了潛在危害指數(shù)法的不足與改進(jìn)方法，同時(shí)將化合物的潛在危害指數(shù)作為綜合評(píng)分法和加權(quán)評(píng)分法的指標(biāo)之一, 為潛在危害指數(shù)法的發(fā)展方向提供了理論依據(jù)[10]。2013年許秋瑾等綜合采用潛在危害指數(shù)法與綜合評(píng)分法比較篩選出了淮安某縣農(nóng)村飲用水源中的Cd、Hg、Pb等12種優(yōu)先控制污染物[13]。2013年于云江等結(jié)合研究區(qū)污染特點(diǎn)，運(yùn)用潛在危害指數(shù)法和綜合評(píng)分法相結(jié)合的方法，篩選出了松花江吉林市江段水體Cr、Pb、As等11種特征污染物[11]。2015年張曉孟等運(yùn)用考慮污染物毒性和流域介質(zhì)中污染物檢出濃度及檢出率的改進(jìn)潛在危害指數(shù)法，測(cè)定海城河不同斷面豐、平、枯3個(gè)水期水體中的有機(jī)污染物，篩選出了太子河水系印染行業(yè)重點(diǎn)污染河段-海城河的苯、硝基苯、N-甲基苯胺等44種優(yōu)先控制污染物[14]。2015年李沫蕊等結(jié)合潛在危害指數(shù)法和加權(quán)評(píng)分法，選用急性基準(zhǔn)濃度值和慢性基準(zhǔn)濃度值作為一般化學(xué)物質(zhì)和潛在“三致”污染物的闕限值，篩選出As、NH4+、1,1,2-三氯乙烷等10種下遼河平原區(qū)域地下水典型污染物[12]。

2綜合評(píng)分法

綜合評(píng)分法[8]是先設(shè)定評(píng)分系統(tǒng)和權(quán)重，將各參數(shù)的數(shù)據(jù)分級(jí)賦予不同分值，再對(duì)待選化合物按一定指標(biāo)打分，最后將各單項(xiàng)的得分疊加即為單個(gè)化合物的總分，將總分排序后篩選出優(yōu)先污染物的方法。綜合評(píng)分法較為全面，且簡(jiǎn)單易行，是目前應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)方法之一[15]。

2006年陳曉秋運(yùn)用綜合評(píng)分法，將有機(jī)污染物的來(lái)源、水環(huán)境中污染物的監(jiān)測(cè)情況等9項(xiàng)環(huán)境暴露勢(shì)因素和“三致”毒性等因素作為篩選因子，并對(duì)其分權(quán)重，建立了定量篩選優(yōu)先污染物的模式，最后以某水系為例篩選出了苯、甲苯、苯并(a)蒽等44種有機(jī)污染物[7]。2007年胡冠九采用以潛在危害指數(shù)、化合物的檢出總平均濃度和檢出頻次為評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合評(píng)分法篩選江蘇省飲用水中豐、平、枯三期測(cè)定的400余種有機(jī)污染物中的優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物，并用潛在危害指數(shù)指示物質(zhì)對(duì)環(huán)境的毒性，最終初步篩選出苯、氯仿、乙苯等94個(gè)優(yōu)先控制污染物[16]。2015年李沫蕊等選取14個(gè)單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入指標(biāo)權(quán)重，采用綜合評(píng)分法篩選出了下遼河平原區(qū)域地下水Hg、Pb、Cd等9項(xiàng)典型污染物[17]。

但綜合評(píng)分法的某些評(píng)價(jià)指標(biāo)具有主觀性，且只適用于污染物種類(lèi)少和研究區(qū)域小的情況。因此考慮到其不足，2014年李沫蕊等將潛在危害指數(shù)作為綜合評(píng)分法的指標(biāo)之一，選擇9項(xiàng)指標(biāo)參與評(píng)分。最終篩選出大武水源地地下水三氯甲烷、三氯乙烯、苯等5種典型污染物[18]。2015年由昆等運(yùn)用綜合評(píng)分法和三參量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法對(duì)蒲河流域內(nèi)的機(jī)制紙及紙板制造行業(yè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)指標(biāo)篩選，確定了COD、氨氮、懸浮物等8項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)[19]。

3其他常規(guī)方法

3.1Hasse圖解法

Hasse圖解法是一種采用向量描述化合物的危害性，以圖形方式顯示化合物危害性的相對(duì)大小以及它們之間的邏輯關(guān)系的方法[20]。2003年劉存等以化合物危害性排序?yàn)槔?，初步介紹了Hasse圖解法；再由南京北河口水源地枯水期定量檢出的56個(gè)有機(jī)污染物，通過(guò)Hasse圖解法預(yù)測(cè)豐水期最可能被檢測(cè)的有機(jī)污染物，并同豐水期實(shí)際檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行比較；最后得出結(jié)論：Hasse圖解法能直觀地表示化合物相對(duì)危害性大小及不同指標(biāo)的矛盾，將其與評(píng)分排序法結(jié)合可推進(jìn)優(yōu)先污染物篩選方法的研究[21]。

3.2密切值法

密切值法[8]是多目標(biāo)決策中的一種優(yōu)選方法，是將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為一個(gè)能綜合反映污染物優(yōu)先排序的單指標(biāo)的方法。1998年張洪凱等采用以反映有機(jī)物的毒性、化學(xué)性質(zhì)等6項(xiàng)參數(shù)為指標(biāo)的密切值法將小清河沿岸地下水中的58種有機(jī)污染物進(jìn)行了優(yōu)先排序和風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)[22]。

3.3綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[23]是以有機(jī)污染物在環(huán)境中的檢出頻率為基礎(chǔ)先進(jìn)行初篩，再結(jié)合各初篩污染物的其他特性作為篩選排序因子，并賦予其權(quán)重而形成的評(píng)價(jià)方法。2011年穆景利等提出了以我國(guó)近岸海域有機(jī)污染物的環(huán)境分布濃度、污染物的急慢性毒理和理化性質(zhì)為評(píng)價(jià)賦值指標(biāo)，基于環(huán)境暴露指數(shù)和環(huán)境效應(yīng)指數(shù)的綜合風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法。并應(yīng)用其篩選和定量排序我國(guó)近岸海域環(huán)境中有機(jī)污染物，確定了我國(guó)近岸海域七氯、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯等20種優(yōu)先控制有機(jī)污染物[23]。

3.4層次分析法

層次分析法是將與決策總是有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法。2013年朱菲菲等采用層次分析法[24]結(jié)合加權(quán)評(píng)分法，以污染物的毒性效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，定量篩選了三氯乙烯、三氯甲烷、苯等16類(lèi)85種我國(guó)地下水優(yōu)先有機(jī)污染物。結(jié)果表明：污染物中有機(jī)氯化合物約占50%，因此將有機(jī)氯農(nóng)藥類(lèi)等持久性污染物作為優(yōu)控污染物基本符合我國(guó)國(guó)情[25]。

3.5色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)

色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)是將色譜的分離能力與質(zhì)譜的定性功能結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜混合物更準(zhǔn)確的定量和定性分析的方法。2014年徐慶采用色質(zhì)聯(lián)用技術(shù)[26]篩選上海市飲用水源地優(yōu)先控制有機(jī)污染物，根據(jù)國(guó)內(nèi)外污染物名單初選，再?gòu)闹羞x出濃度大、頻率高的有機(jī)污染物，同時(shí)結(jié)合上海市監(jiān)測(cè)計(jì)劃，最后確定多環(huán)芳烴、酞酸酯、鹵代烴等4類(lèi)7種上海市飲用水源地優(yōu)先控制有機(jī)污染物名單[27]。

3.6單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)法是利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分類(lèi)，選取水質(zhì)最差的類(lèi)別即為評(píng)價(jià)結(jié)果的方法。2014年吳利橋等以選擇對(duì)地表水危害大、國(guó)家和地方要求控制的主要污染物作為評(píng)價(jià)因子，再由污染源統(tǒng)計(jì)的等標(biāo)污染負(fù)荷法排序篩選出適量指標(biāo)為原則，篩選了4項(xiàng)與總量控制相關(guān)，6項(xiàng)難降解、毒性大，并結(jié)合流域產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)和水電開(kāi)發(fā)可能引發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化等指標(biāo)作為特征指標(biāo)的至少25項(xiàng)指標(biāo)，再根據(jù)單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果排序進(jìn)一步篩選，最終確定了Hg、Pb、As等10項(xiàng)珠江干流上游紅水河主要特征污染物[28]。

4優(yōu)先控制污染物篩選方法研究展望

優(yōu)先污染物篩選方法是借鑒國(guó)際通用的因子綜合評(píng)分法篩選原理，綜合考慮我國(guó)國(guó)情特點(diǎn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)儲(chǔ)備情況，對(duì)水環(huán)境優(yōu)先污染物進(jìn)行篩選的方法，是對(duì)因子綜合評(píng)分法的一種創(chuàng)新應(yīng)用[8]。每種方法有其技術(shù)特點(diǎn)及適用條件，優(yōu)先污染物篩選方法的發(fā)展方向會(huì)隨信息獲取技術(shù)的進(jìn)步等朝多指標(biāo)、定量化發(fā)展[29]。實(shí)際工作中，篩選特征污染指標(biāo)，還需調(diào)查了解當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景資料、同類(lèi)污染源、污染控制技術(shù)、行業(yè)清潔生產(chǎn)水平等[28]。借鑒國(guó)外篩選方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮實(shí)際情況與理論方法的結(jié)合[30]。通過(guò)篩選垃圾滲濾液中具有代表性的高危害有毒有機(jī)污染物，更新我國(guó)優(yōu)先控制污染物黑名單[31]。在今后的環(huán)境優(yōu)先污染物篩選方法研究中，應(yīng)更多的關(guān)注有機(jī)污染物對(duì)環(huán)境的影響[32]。

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[收稿日期]2015-11-23

[基金項(xiàng)目]中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局“西北地區(qū)主要城市地下水污染調(diào)查評(píng)價(jià)項(xiàng)目”(1212011220982)；新疆自治區(qū)水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科基金(xjswszyzdxk20101202)資助

[作者簡(jiǎn)介]范薇(1993-)，女，新疆沙灣人，在讀碩士研究生，主攻方向：干旱區(qū)地下水資源評(píng)價(jià)與保護(hù)。 [通訊作者]周金龍(1964-)，男，浙江龍游人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事干旱區(qū)地下水利用與保護(hù)、灌區(qū)土壤水-鹽運(yùn)移監(jiān)測(cè)與模擬等研究工作。

[中圖分類(lèi)號(hào)]X52

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1004-1184(2016)03-0094-03