汕头市典型区域持久性有毒污染物的污染现状与生态效应
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摘要
电子垃圾(e-waste)已成为困扰全球的一个最重要的环境问题，其所含持久性有毒污染物及其他有害物质进入环境后会对环境生态系统及人群健康造成严重威胁与危害。发生于粤东贵屿的废旧电子垃圾拆解回收行为是一起被国际环保组织和国内外媒体多次曝光过的有害废物越境转移和造成严重环境污染的典型事例。由于持续时间长，经营规模大、处理工艺落后，电子垃圾处理已对贵屿当地生态环境和人群健康造成了严重的实际危害，并可能已通过练江水系和空气扩散等途径对周边地区和练江中下游流域及其海门湾出海口造成负面影响。因此，及时对贵屿及受其影响的周边地区展开大规模的环境生态调查具有十分重要的社会和现实意义。
本文的调查区域分为贵屿、练江下游和海门湾三部分，共设置了44个地表水、30个表层沉积物、12个地下水、16个土壤和19个植物采集站位，并在韩江、南澳岛、铜盂、红场、雷岭设置了不同污染类别的背景对照样品采集站位。采样时间为2005年7月、10月和2006年1月。调查项目主要包括重金属(Cu、Pb、Ni、Cd、Hg、As)、多环芳烃(16个美国EPA优控PAHs)、邻苯二甲酸酯类(6个美国EPA优控PAEs)和有机氯农药(六六六类和滴滴涕类)四大类。根据检测要求，对样品按照标准方法进行预处理后，应用原子吸收法和原子荧光法测定重金属，应用气质联机法测定其他三类有机污染物。
调查结果显示，贵屿电子垃圾回收所造成的环境污染状况十分严重，对其周边生态环境存在潜在危害。主要表现在4个方面：1)重金属污染十分严重，调查区内不同环境介质中的重金属含量均显著高于对照区；贵屿和练江下游部分点位的地表水中的Cd、地下水中的Cd与Ni、地表水底质中的Cu、Ni与Cd、土壤中的Cu、Pb、Cd与Hg的含量均超过我国环境质量标准中的最高限值；贵屿部分植物样品的Pb、Cd、Hg、Ni含量均超过了农产品限量标准或FAO／WHO标准；贵屿和练江中下游底质中的Cu、Ni、Cd以及贵屿土壤样品中的Cu、Pb、Ni、Cd、Hg分别存在12.5％～93.75％和6.25％～43.75％的极高污染风险，海门湾表层沉积物中的Cd与Cu存在50％～83.3％的低污染风险；2)多环芳烃污染严重，调查区内各环境介质中的PAHs含量均显著高于对照区的；部分点位水体检出的苯并[a]芘并全部超过我国标准限值；超过50％地表水有7种和7.1％海水有3种PAHs超过国际相关标准；3种高危PAHs在沉积物中被高比例(62.5％～100％)检出；贵屿龙港地表水潜在致癌性PAHs的毒性参数最高(0.551)，并沿练江向海门湾递减，表明此类致癌性高环PAHs源自贵屿的电子垃圾焚烧；3)邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)污染严重，调查区内各环境介质的含量均显著高于对照区的；水体站位中95.2％-97.9％的DBP和45.8％～61.9％的DEHP的含量超过我国或国际环境质量标准限值；调查区域水体中的PAEs污染已经达到了对部分生物具有负面影响的浓度；4)有机氯农药仍有一定残留，相当或略高于对照区的含量，但贵屿相比于练江下游的程度更轻，主要源自环境中的残留物；部分水体的OCPs超过美国EPA标准，贵屿和练江下游地表水底质中的DDTs分别有12.5％和87.5％超过了ERM值，海门湾沉积物中的DDTs 100％超过ERM值。
由污染物时空分布状况、相关性结果和沉积相富集倍数判断，贵屿环境中的PTS主要源自电子垃圾回收过程，其分布与回收行为密切关联，焚烧塑料和随意堆放电子垃圾废弃物等作业方式产生的PTS对环境潜在危害最大。调查区内的PTS已通过水体、空气等迁移方式影响到练江下游和海门湾近岸海域，导致练江下游和海门湾近岸海域的生态环境已受到重金属、多环芳烃和邻苯二甲酸酯类的污染，其中以重金属的Cu与Cd、高环PAHs、DBP、DEHP的污染和危害最为突出，它们均对练江水质的恶化具有一定的分担率和加速作用。重金属和PAHs、PAEs、OCPs间存在联合毒性作用，重金属和有机污染物的复合污染可能对生态环境造成更大威胁。调查区PTS在不同环境介质之间已发生迁移转化和归趋行为，水体和沉积相中的PTS具有显著相关关系，沉积相是水环境中PTS的主要迁移富集汇；土壤和植物中的PTS也显著相关，具备通过食物链传递对人群健康产生危害的风险；地下水的PTS污染也与地表污染程度紧密相关。
相关调查显示，贵屿电子垃圾回收产业所产生的污染已对当地的生态环境与居民健康造成了实质性的负面影响，当地居民多种疾患的发生率显著上升。通过治理，贵屿的环境污染状况虽得到一定程度的控制，生态环境也出现好转的趋势，但仍需加大力度对其电子垃圾回收产业进行科学治理，以改善目前的环境污染状况。
Electronic waste (E-waste) has become one of the most important environmental problemsin the world. Persistent toxic substances (PTS) from E-waste have resulted in heavy pollutionand pose hazard on ecological system and human health. The E-waste recycling operation atGuiyu, southeast China, is a typical case of the exportation of hazardous wastes from developedcountries to the developing countries. The long history, large scale and primitive treatmenttechnologies of the operation has severely harmed the ecological systems at Guiyu and thedownstream of Lianjiang River and its estuary Haimen Bay. Therefore, it is important toinvestigate and assess the contamination in Guiyu and downstream areas affected by pollutantsfrom E-waste.
We surveyed three regions: Guiyu area, the downstream of Lianjiang River, and the HaimenBay. Forty four surface water stations, 30 sediment stations, 12 ground water stations, 16 soilsites and 19 vegetation sites were established. Corresponding background control sites were setup at the Han River, Nanao Island, Tongyu, Hongchang, and Leiling. Samples were collected inJuly 2005 (rainy season), October 2005 (regular river flow), and January 2006 (dry season). ThePTS investigated included heavy metals (Copper, Lead, Nickel, Cadmium, Mercury, andArsenic), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Phthalates (PAEs), and Organochlorinepesticides (OCPs). Samples were processed and analyzed based on standard methods. Heavymetals were determined by AAS and AFS, and organic compounds were analyzed by GC-MS.
The results reveal that the environmental pollution from E-waste was severe and thepotential hazard to ecological system included four aspects: 1) heavy metal pollution was mostserious. The concentrations in surveyed regions were significantly higher than those in thecontrol (reference) sites. Cd in surface water, Cd, Ni in ground water, Cu, Ni, Cd in sediment, Cu,Pb, Cd, Hg in soil from Guiyu and Lianjiang River were above the maximum values of ChineseEnvironmental Quality Standards. Concentrations of Pb, Cd, Hg, Ni in the vegetation sites wereabove the standard for Chinese Agriculture Products or FAO/WHO standards. Cu, Ni, Cd insediment, Cu, Pb, Ni, Cd in soil had 6.25％-93.75％probability of very high pollution risk. Cd,Cu in marine sediment had 50％-83.3％probability of low pollution risk; 2) PAHs in the samplesof surveyed regions significantly exceeded those of the reference sites. BaP were detected in thewater and exceeded the Chinese Environmental Quality Standards. Seven PAHs were above theinternational standards in over 50％of the surface water samples and three PAHs were above theinternational standards in 7.1％of the seawater samples. Three carcinogenic PAHs were found in62.5％-100％of the sediment samples. The toxic parameter of carcinogenic PAHs was thehighest in Longgang (0.551) and decreased along the downstream gradient: Guiyu, LianjiangRiver and Haimen Bay. The high-ring carcinogenic PAHs from the burning of E-waste weremost hazardous to the environment; 3) Concentrations of DBP and DEHP in the surveyedregions were significantly higher than those in the reference sites, with 95.2％-97.9％and45.8％-61.9％of the water samples, respectively, having DBP and DEHP concentrations exceeded the quality standards; 4) Concentrations of OCPs in the water samples exceeded theUS EPA standards, with lower concentrations in Guiyu than in Lianjiang River. Among thesediment samples, 12.5％, 87.5％and 100％of the samples from Guiyu, Lianjiang River andHaimen Bay, respectively, were higher than ERM.
The spatial and temporal distributions of PTS suggest that they mainly come from thepollutants generated by E-waste recycling. PTS from burning of plastics and dumping ofE-wastes was most harmful to the environment, spread from Guiyu downstream to LianjiangRiver and Haimen Bay via water and air. Joint toxic effects were found among heavy metals,PAils and PAEs, which may pose more hazardous effects on ecological system. There is asignificant correlation in PTS concentrations between water and sediment, suggesting that PTSfrom water was deposited and accumulated in the sediment. There is also significant correlationin PTS concentrations between soil and plant, suggesting that the pollutant can be transferredthrough food web and pose health hazard for human. In addition, PTS concentrations in theground water were also significantly correlated with those of surface water.
Other investigations have also shown that the pollution from the E-waste in Guiyu hascaused not only substantial negative effects to the ecological environment, but also the health ofresidents. Although the treatment and control practices have somewhat controlled the pollutionfrom the E-waste at Guiyu, stronger actions are needed to reduce the E-waste recyclingpollution.
本文的调查区域分为贵屿、练江下游和海门湾三部分，共设置了44个地表水、30个表层沉积物、12个地下水、16个土壤和19个植物采集站位，并在韩江、南澳岛、铜盂、红场、雷岭设置了不同污染类别的背景对照样品采集站位。采样时间为2005年7月、10月和2006年1月。调查项目主要包括重金属(Cu、Pb、Ni、Cd、Hg、As)、多环芳烃(16个美国EPA优控PAHs)、邻苯二甲酸酯类(6个美国EPA优控PAEs)和有机氯农药(六六六类和滴滴涕类)四大类。根据检测要求，对样品按照标准方法进行预处理后，应用原子吸收法和原子荧光法测定重金属，应用气质联机法测定其他三类有机污染物。
调查结果显示，贵屿电子垃圾回收所造成的环境污染状况十分严重，对其周边生态环境存在潜在危害。主要表现在4个方面：1)重金属污染十分严重，调查区内不同环境介质中的重金属含量均显著高于对照区；贵屿和练江下游部分点位的地表水中的Cd、地下水中的Cd与Ni、地表水底质中的Cu、Ni与Cd、土壤中的Cu、Pb、Cd与Hg的含量均超过我国环境质量标准中的最高限值；贵屿部分植物样品的Pb、Cd、Hg、Ni含量均超过了农产品限量标准或FAO／WHO标准；贵屿和练江中下游底质中的Cu、Ni、Cd以及贵屿土壤样品中的Cu、Pb、Ni、Cd、Hg分别存在12.5％～93.75％和6.25％～43.75％的极高污染风险，海门湾表层沉积物中的Cd与Cu存在50％～83.3％的低污染风险；2)多环芳烃污染严重，调查区内各环境介质中的PAHs含量均显著高于对照区的；部分点位水体检出的苯并[a]芘并全部超过我国标准限值；超过50％地表水有7种和7.1％海水有3种PAHs超过国际相关标准；3种高危PAHs在沉积物中被高比例(62.5％～100％)检出；贵屿龙港地表水潜在致癌性PAHs的毒性参数最高(0.551)，并沿练江向海门湾递减，表明此类致癌性高环PAHs源自贵屿的电子垃圾焚烧；3)邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基已基)酯(DEHP)污染严重，调查区内各环境介质的含量均显著高于对照区的；水体站位中95.2％-97.9％的DBP和45.8％～61.9％的DEHP的含量超过我国或国际环境质量标准限值；调查区域水体中的PAEs污染已经达到了对部分生物具有负面影响的浓度；4)有机氯农药仍有一定残留，相当或略高于对照区的含量，但贵屿相比于练江下游的程度更轻，主要源自环境中的残留物；部分水体的OCPs超过美国EPA标准，贵屿和练江下游地表水底质中的DDTs分别有12.5％和87.5％超过了ERM值，海门湾沉积物中的DDTs 100％超过ERM值。
由污染物时空分布状况、相关性结果和沉积相富集倍数判断，贵屿环境中的PTS主要源自电子垃圾回收过程，其分布与回收行为密切关联，焚烧塑料和随意堆放电子垃圾废弃物等作业方式产生的PTS对环境潜在危害最大。调查区内的PTS已通过水体、空气等迁移方式影响到练江下游和海门湾近岸海域，导致练江下游和海门湾近岸海域的生态环境已受到重金属、多环芳烃和邻苯二甲酸酯类的污染，其中以重金属的Cu与Cd、高环PAHs、DBP、DEHP的污染和危害最为突出，它们均对练江水质的恶化具有一定的分担率和加速作用。重金属和PAHs、PAEs、OCPs间存在联合毒性作用，重金属和有机污染物的复合污染可能对生态环境造成更大威胁。调查区PTS在不同环境介质之间已发生迁移转化和归趋行为，水体和沉积相中的PTS具有显著相关关系，沉积相是水环境中PTS的主要迁移富集汇；土壤和植物中的PTS也显著相关，具备通过食物链传递对人群健康产生危害的风险；地下水的PTS污染也与地表污染程度紧密相关。
相关调查显示，贵屿电子垃圾回收产业所产生的污染已对当地的生态环境与居民健康造成了实质性的负面影响，当地居民多种疾患的发生率显著上升。通过治理，贵屿的环境污染状况虽得到一定程度的控制，生态环境也出现好转的趋势，但仍需加大力度对其电子垃圾回收产业进行科学治理，以改善目前的环境污染状况。
Electronic waste (E-waste) has become one of the most important environmental problemsin the world. Persistent toxic substances (PTS) from E-waste have resulted in heavy pollutionand pose hazard on ecological system and human health. The E-waste recycling operation atGuiyu, southeast China, is a typical case of the exportation of hazardous wastes from developedcountries to the developing countries. The long history, large scale and primitive treatmenttechnologies of the operation has severely harmed the ecological systems at Guiyu and thedownstream of Lianjiang River and its estuary Haimen Bay. Therefore, it is important toinvestigate and assess the contamination in Guiyu and downstream areas affected by pollutantsfrom E-waste.
We surveyed three regions: Guiyu area, the downstream of Lianjiang River, and the HaimenBay. Forty four surface water stations, 30 sediment stations, 12 ground water stations, 16 soilsites and 19 vegetation sites were established. Corresponding background control sites were setup at the Han River, Nanao Island, Tongyu, Hongchang, and Leiling. Samples were collected inJuly 2005 (rainy season), October 2005 (regular river flow), and January 2006 (dry season). ThePTS investigated included heavy metals (Copper, Lead, Nickel, Cadmium, Mercury, andArsenic), Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Phthalates (PAEs), and Organochlorinepesticides (OCPs). Samples were processed and analyzed based on standard methods. Heavymetals were determined by AAS and AFS, and organic compounds were analyzed by GC-MS.
The results reveal that the environmental pollution from E-waste was severe and thepotential hazard to ecological system included four aspects: 1) heavy metal pollution was mostserious. The concentrations in surveyed regions were significantly higher than those in thecontrol (reference) sites. Cd in surface water, Cd, Ni in ground water, Cu, Ni, Cd in sediment, Cu,Pb, Cd, Hg in soil from Guiyu and Lianjiang River were above the maximum values of ChineseEnvironmental Quality Standards. Concentrations of Pb, Cd, Hg, Ni in the vegetation sites wereabove the standard for Chinese Agriculture Products or FAO/WHO standards. Cu, Ni, Cd insediment, Cu, Pb, Ni, Cd in soil had 6.25％-93.75％probability of very high pollution risk. Cd,Cu in marine sediment had 50％-83.3％probability of low pollution risk; 2) PAHs in the samplesof surveyed regions significantly exceeded those of the reference sites. BaP were detected in thewater and exceeded the Chinese Environmental Quality Standards. Seven PAHs were above theinternational standards in over 50％of the surface water samples and three PAHs were above theinternational standards in 7.1％of the seawater samples. Three carcinogenic PAHs were found in62.5％-100％of the sediment samples. The toxic parameter of carcinogenic PAHs was thehighest in Longgang (0.551) and decreased along the downstream gradient: Guiyu, LianjiangRiver and Haimen Bay. The high-ring carcinogenic PAHs from the burning of E-waste weremost hazardous to the environment; 3) Concentrations of DBP and DEHP in the surveyedregions were significantly higher than those in the reference sites, with 95.2％-97.9％and45.8％-61.9％of the water samples, respectively, having DBP and DEHP concentrations exceeded the quality standards; 4) Concentrations of OCPs in the water samples exceeded theUS EPA standards, with lower concentrations in Guiyu than in Lianjiang River. Among thesediment samples, 12.5％, 87.5％and 100％of the samples from Guiyu, Lianjiang River andHaimen Bay, respectively, were higher than ERM.
The spatial and temporal distributions of PTS suggest that they mainly come from thepollutants generated by E-waste recycling. PTS from burning of plastics and dumping ofE-wastes was most harmful to the environment, spread from Guiyu downstream to LianjiangRiver and Haimen Bay via water and air. Joint toxic effects were found among heavy metals,PAils and PAEs, which may pose more hazardous effects on ecological system. There is asignificant correlation in PTS concentrations between water and sediment, suggesting that PTSfrom water was deposited and accumulated in the sediment. There is also significant correlationin PTS concentrations between soil and plant, suggesting that the pollutant can be transferredthrough food web and pose health hazard for human. In addition, PTS concentrations in theground water were also significantly correlated with those of surface water.
Other investigations have also shown that the pollution from the E-waste in Guiyu hascaused not only substantial negative effects to the ecological environment, but also the health ofresidents. Although the treatment and control practices have somewhat controlled the pollutionfrom the E-waste at Guiyu, stronger actions are needed to reduce the E-waste recyclingpollution.
引文
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