6生态风险评价案例(2学时)

1第六章生态风险评价案例6.1硅氧烷在市政污水处理厂的归趋及生态风险评价（王德高等,2015）6.2渤海辽东湾海水PAHs的生态安全阈值及生态风险评价（王德高等,2015）6.3城市景观水体甲基汞的生物累积微宇宙模拟研究（刘小红等,2016）26.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.1硅氧烷概述•含Si—O—Si键构成主链结构的聚合物，按产品应用分类为硅油、硅橡胶和硅树脂三大类。•个人护理产品和化妆品类化合物（PPCP），硅油可以用于洗发保湿剂；环硅氧烷可以作为护肤品挥发分，使油腻感消失，产生“吸收”的感觉硅油环硅氧烷36.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.1硅氧烷概述4•每根头发上面有许多参差不齐的毛鳞片，毛鳞片受损时会翘起，会增大头发之间的摩擦力，导致头发纠结在一块，更多摩擦又加剧了毛鳞片的损伤。•洗头的时候，洗发水中的硅油可以附着在毛鳞片的空隙中，使头发表面填平，头发摸起来就会很柔顺。•硅油为大分子物质，不会被毛囊吸收，也不会堵塞毛孔。•硅油可被其它油性成分替代（如桂花油），都基本无害。6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.1硅氧烷概述56.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.1硅氧烷概述6•部分硅氧烷进入体内可能导致健康风险，环硅氧烷D4，D5，D6•麦乐鸡事件——聚二甲基硅氧烷（L2）•2010年7月5日，美国的麦乐鸡含有橡胶化学成分“聚二甲基硅氧烷”，美国麦当劳发言人称，在麦乐鸡中加入聚二甲基硅氧烷，是基于安全理由，用以防止炸鸡块的食油起泡。•未发现L2的毒理效应，L作为油脂消泡剂，《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760-2007)，应10mg/kg。6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.1硅氧烷概述78•油炸过程中还原糖和天冬酰胺等游离氨基酸计算在高温100~175℃发生美拉德反应（氨基与羰基）生成丙烯酰胺，更应关注。•丙烯酰胺是一种水溶性的神经毒性物质，国际癌症研究机构(IARC)将其归为对人类很可能致癌（2A级）的物质，建议摄入量少于0.5μg/kg/d。•薯类油炸食品含量0.78mg/kg，最高含量为3.21mg/kg；谷物类油炸食品0.15mg/kg，最高含量0.66mg/kg；谷物类烘烤食品0.13mg/kg，最高含量为0.59mg/kg；其它食品，如速溶咖啡为0.36mg/kg、大麦茶为0.51mg/kg。•对于体重60kg的人，每天吃薯条不要超过40g，一包薯条约140g。9•硅氧烷产品有约10%进入污水厂•以大连某污水处理厂为例，检出物包括八甲基环四硅氧烷(D4)；十甲基环五硅氧烷(D5)；十二甲基环六硅氧烷(D6)；十甲基四硅氧烷(L4)；十二甲基五硅氧烷(L5)6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.2风险识别D4D5D6L4L5出水(μg/L)0.0970.1560.090污泥(μg/kg)9291670219017.173水中去除率(%)735969106.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.3源项分析•通过持续检测数据、逸度模型分析硅氧烷的归趋•通过不确定性和敏感度分析获取出水硅氧烷的浓度分布规律和影响因素（如进水浓度、曝气速率、进水SS、进水流速等）D4D5D6污泥吸附17.6051.0263.58挥发72.2927.4910.66出水10.1121.4925.76硅氧烷在污水处理系统中的分布(%)116.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.3源项分析126.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.3源项分析•污泥中的硅氧烷，部分成为沼气成分，包括D3、D4、D5、L2、L3，引起结垢、磨蚀。•沼气中硅氧烷浓度0-317mg/m3，平均14.9mg/m3，而发电机组要求低于10mg/m3。•通过不确定性和敏感度分析获取出水硅氧烷的浓度分布规律和影响因素（如进水浓度、曝气速率、进水SS、进水流速等）。•本研究不考虑污泥处理部分，只考虑出水部分。136.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价D4：•淡水河海水生物长期无效果浓度（NOEC）10μg/L；•14d急性毒性实验，小彩虹鳟鱼的LC50是10μg/L，NOEC是4.4μg/L，最低可见不利影响浓度（LOAEC）是6.9μg/L；•彩虹鳟鱼93d慢性测试中，NOEC为4.4μg/L；•大型溞的21d测试中，NOEC约7.9μg/L，LOAEC为15μg/L:•糠虾急性NOEC是9.1μg/L，红鲈急性NOEC是6.3μg/L146.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价D5：•14d急性毒性实验，幼年彩虹鳟鱼的NOEC为16μg/L；•黑头呆鱼65d的卵-幼鱼测试，NOEC为8.7μg/L；D6：•大头鲦鱼49d毒理测试，NOEC为4.4μg/L，这个浓度接近D6在水中的溶解度，即是说，在水溶解度范围内，D6没有显示出毒性。15•大型溞生活周期短、繁殖快、经济、方便易得、易于在实验室培养和对水环境中的多种化学物质的变化非常敏感等优点，以及在水生生态系统的物质循环和能量流动中占重要地位，是水生生态系统循环的重要环节。•我国及许多国家都将其作为毒性试验的必测项目。6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价16•糠虾450多种，主要是海水种，北美有少量淡水种；•彩虹鳟鱼广泛养殖的淡水鱼类，身体一侧有一条彩虹样的痕迹，对环境敏感；•黑头呆鱼：北美大陆的淡水鱼，常作观赏鱼，适应性较强；6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价17《化学品鱼类急性毒性试验》GB/T27861-2011•鱼种根据实验目的选择，推荐鱼种包括斑马鱼、黑头软口鲦、鲤鱼、青鳉、虹鳉、蓝鳃太阳鱼、虹鳟、稀有鮈鲫、剑尾鱼。它们经济易得、易于培养、遗传清晰。•实验开始前使用高质量自然水或标准稀释水在规定条件下至少驯养12d，死亡率应5%•空白组与各浓度组（几何级数排布）至少7尾鱼。将鱼暴露于不同浓度的受试物溶液，以96h为试验周期，在24h、48h、72h和96h时记录鱼的障碍效应、死亡率。6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价18《化学品鱼类急性毒性试验》GB/T27861-2011•在对数概率坐标中，绘制不同暴露时间下试验浓度对累计死亡率或累计效应的曲线，用直线内插法或统计程序计算各暴露时间的LC50或EC50（95%的置信区间），以及NOEC。•如果实验数据不适于上述标准方法，可以用不引起死亡的最高浓度和引起100%死亡的最低浓度的平均值进行近似替代LC50。6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.4毒性评价196.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.5暴露评价•污水处理厂出水中的硅氧烷是水环境硅氧烷的重要来源；•假定出水排入河道，水量1m3/s；出水口上游来水规模6m3/s，且本底无硅氧烷（需要考虑本底风险）；•根据河道特点，忽略三维分布，按二维完全混合模型考虑，由该污水处理厂排水造成的水环境硅氧烷浓度为出水浓度的六分之一。D4D5D6出水浓度μg/L0.050-0.1810.106-0.1850.045-0.150暴露浓度μg/L0.008-0.0300.017-0.0310.008-0.02520•采用风险商法HQ=EEC/NOECMS；•多物种NOECMS=NOECs/AF，NOECs针对单物种；•AF为不确定性因子，如果只有一个急性毒性数据，AF取1000，如果藻类、大型溞、鱼类各有1个急性数据，则取100；如果这三类数据中至少有一个长期毒性数据，取10；如果采用微宇宙或中宇宙法，则取1。•本课题中，D4、D5、D6各有一个长期毒性数据，AF均取106.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.6风险评价216.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.6风险评价D4D5D6暴露浓度μg/L0.008-0.0300.017-0.0310.008-0.025NOECsμg/L4.48.74.4NOECMSμg/L0.440.870.44风险商HQ0.02-0.070.02-0.040.02-0.06•HQ0.1，无风险•如无其它河道补水，风险商在0.1-1之间，虽然安全，但需要长期监测，避免出现大于1的情况。22河道的真正风险？考虑两种情况：•生态风险：污水超标排放引起的富营养化、毒性•健康风险：黑臭水体及其VOCs和致病微生物从健康和生态的角度，寻找最危险的源？6.1污水厂硅氧烷生态风险评价6.1.7其它思考23刘建福等,201624•允许暴露剂量，由于空气中微生物种类多，且各种微生物浓度、致病能力都不一样，如按照每一种微生物分别确定其允许暴露剂量RfD，则要对每一种微生物进行分离、培养、鉴定，再单独确定其允许暴露量，所需工作量大，不利于在实际工作中开展应用。•中科院生态中心颁布的大气微生物评价分级标准按照细菌、真菌、微生物总数这3个指标对大气微生物污染程度进行分级，当这3个指标都达到较清洁或优于较清洁级别时，可以认为人体暴露其中不存在健康风险•采用较清洁级别对应的细菌、真菌、微生物总数作为其最高允许浓度25从微生物角度，长期居住在黑臭水体100m内的健康风险较高26从微生物角度，长期居住在黑臭水体100m内的健康风险较高276.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.1问题背景•美国康菲公司与中海油合作开发的蓬莱19-3油田于2011年6月发生溢油事故，康菲被指责处理渤海漏油事故不力；•2012年4月下旬，康菲和中海油总计支付16.83亿元用以赔偿溢油事故；•陆地工厂排放。286.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.2源项识别•PAHs是主要的海洋污染因子•PAHs是两个或两个以上苯环的碳氢化合物及衍生物•较高的脂溶性，易于生物累积，易于媳妇在颗粒物上•三致效应，阳光下的降解产物（ROS，如苯醌等）也具有毒性296.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.3暴露评估•布点检测PAHs306.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.3暴露评估31•17个点位8种PAHs326.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.3暴露评估•布点检测PAHs33•8种PAHs的分布符合对数正态分布34•8种PAHs的分布符合对数正态分布35•PAHs通过非极性麻醉作用和类二噁英效应（通过芳香烃受体）产生；•八种PAHs菲、芘、苯并[a]芘、蒽、荧蒽、苊、芴和萘是主要污染因子；•BaP具有多种效应：神经毒性、氧化应激、外源物质的二相生物转化作用，最具毒性；•确定PAHs的毒性剂量，需要寻找文献或进行毒理实验。6.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.4毒性评价366.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.4毒性评价•从EPA的ECOTOX、文献等收集毒性数据。376.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.4毒性评价8种PAHs的慢性毒性（NOEC）统计参数•针对当地9种不同营养级的海水生物开展毒理学实验；•汇总上述数据，可采用均值法，或根据多种生物对不同浓度的反应绘制物种敏感度(SSD)分布图，或概率法386.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.4毒性评价•BaP具有多种效应：神经毒性、氧化应激、外源物质的二相生物转化作用，因此物种敏感度分布最宽。•BaP所有生物无效应剂量(NOEC)约在10E-3μg/L。396.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.4毒性评价8中PAHs生态安全阈值μg/L萘205苊4.99芴2.26菲2.33蒽0.073荧蒽0.96芘1.09苯并[a]芘0.011•根据PAHs急慢性数据的log-normal分布，计算95%保护水平下的“有害浓度”(hazardousconcentrationfor5%species,HC5)，即污染物的PNEC(预测无效应浓度)，将其作为生态安全阈值406.2辽东湾PAHs生态风险评价6.2.5生态风险表征锦州湾双台子河口416.2.5生态风险表征•苯并[a]芘在17个点位中有13个风险商超过1，3个超过0.1，是导致生态风险的主要化学物质•需要考虑物种差异及方法差异会导致生态安全阈值的差异，从而对结果造成一定影响。•例如，加拿大CCME软件中的萘生态安全阈值为1.4μg/L，远低于本研究的205μg/L；类似的，荧蒽