Pollution Characteristics and Health Risks of Heavy Metals in Groundwater of a Chemical Industrial Park
本研究评估了中国南部某化工园区地下水中严重的重金属污染及其相关的健康风险，揭示了工业活动驱动了广泛的污染，其中锰（Mn）和钴（Co）构成了显著的非致癌风险，而铝（Al）则导致了致癌担忧，从而为针对性的修复工作提供了科学依据。
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技术摘要：某化工园区地下水中重金属的污染特征与健康风险
问题陈述
由于生产和储存过程中重金属泄漏的潜在风险，化工园区对地下水资源及人体健康构成了显著威胁。尽管以往的研究已利用各种统计方法来分析污染特征和来源，但传统的健康风险评估往往依赖于固定的暴露参数，未能考虑到重金属的联合毒性效应或暴露情景中固有的不确定性。此外，目前缺乏关于污染物动态演变以及暴露参数对特定区域背景适应性的局部数据。本研究通过调查中国南部的一个化工园区来解决这些差距，旨在系统地表征重金属污染、识别来源，并进行一项考虑了不确定性的稳健健康风险评估。
研究方法
本研究在位于中国南部的一个化工园区开展，该地区地质特征为上白垩纪和第四纪地层，地下水由西向东流动。
- 采样与分析： 共采集了 127 份地下水样本，并对 11 种重金属（Fe、Mn、Al、Zn、Co、Ni、Pb、Cu、Cd、As 和 Tl）进行了分析。
- 污染评估： 研究采用单因子污染指数和 Nemerow 综合污染指数，根据 GB/T 14848-2024 的 III 类标准评估污染水平。利用 ArcGIS 10.8 中的反距离权重法（IDW）插值进行空间分布制图。
- 来源识别： 利用 Pearson 相关分析量化重金属之间的内部相关性，以辅助识别共同来源或地球化学亲和性。
- 健康风险评估： 本研究将美国国家环境保护局（USEPA）模型与蒙特卡洛模拟相结合，通过经口摄入途径评估非致癌和致癌风险。该方法为暴露参数（如饮水量、体重、暴露时长）构建了概率分布，以解释不确定性，并专门评估了成人和未成年人的风险。
主要结果
- 污染特征： 铁（Fe）的平均浓度最高（12.16 mg/L），其次是锰（Mn）和铝（Al）。除铜（Cu）外，所有分析的重金属平均浓度均超过了 III 类饮用水标准。该地区的 Nemerow 综合污染指数为 42.78，表明存在严重的整体污染。Fe、Al、Tl、Pb 和 Ni 被归类为重度污染，而 Cd 和 Co 则表现为轻度污染。
- 空间分布： Fe、Mn、Al 和 Tl 在整个研究区域内呈高浓度分布。相比之下，Cd、Co、Ni 和 Pb 在中北部地区呈现局部热点分布，而南部和东部地区的浓度较低。由于多种污染物的叠加作用，中东部地区遭受的污染最为严重。
- 来源相关性： Pearson 相关分析显示，存在一个由 Zn、Al、Cd、Ni 和 Co 组成的强正相关组（相关系数通常 >0.8），这表明它们具有共同的来源或相似的地球化学亲和性。Mn 与大多数元素表现出显著的正相关，在迁移和富集过程中起到了“连接”因子的作用。铅（Pb）与其他金属的相关性较弱，表明其具有独特的来源或富集机制。
- 健康风险评估：
- 非致癌风险： 成人的平均危害指数（HI）为 5.39，未成年人为 2.25，两者均超过了 1 的安全阈值。成人面临的风险高于未成年人。锰（Mn）和钴（Co）被确定为非致癌风险的主要驱动因素。
- 致癌风险： 成人和未成年人的平均总致癌风险（TCR）分别为 0.501 和 0.210。虽然平均值处于“需要关注”范围（1×10⁻⁶ 至 1×10⁻⁴）内，但成人的最大 TCR 达到了 1.33，超过了安全阈值。铝（Al）被确定为致癌风险的核心驱动因素。
意义与主张
作者指出，本研究为重金属污染的针对性预防、管理和修复提供了科学依据。通过将蒙特卡洛模拟与 USEPA 模型相结合，研究解决了传统评估在动态污染监测和局部暴露参数校准方面的不足。通过识别特定的驱动因素（用于非致癌风险的 Mn 和 Co；用于致癌风险的 Al）以及划定空间热点，为未来的治理提供了精确目标。此外，相关性分析阐明了研究区域重金属的来源特征，为化工园区内更有效的溯源和污染控制策略提供了支持。
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