一种地表水中有机污染物足迹表征方法及系统与流程

1.本发明属于环境风险评价技术领域，具体涉及一种地表水中有机污染物足迹表征方法及系统。


背景技术：

2.推进有机污染物环境风险管理，健全有机污染物治理体系是环境保护行业的共识。而实现可持续的新污染物治理的前提，是准确评价新污染物的环境健康风险。目前，基于环境暴露水平与毒性效应阈值的熵值法，是评价有机污染物环境风险的重要指标。但是，熵值法往往指向零碎的毒性终点，不能给出整体性指标来定量表征生态系统所承受的损害，亦不能衡量人类活动排放的有机污染物总量与环境承载容量的相对大小。
3.足迹是一类评估性指标，在表征生态可持续性的指标中，足迹技术已广泛应用于表征自然资源占用、温室气体排放、水资源消耗等方面，但目前缺乏针对有机污染物环境风险的足迹评估指标，无法表征排放对生态系统的影响。


技术实现要素：

4.本发明提供一种地表水中有机污染物足迹表征的方法，通过建立有机污染物足迹评估体系，表征有机污染物排放对生态系统的影响，进而识别区域有机污染物的空间占有量、环境风险及环境承载容量，实现对区域有机污染物排放的可持续评估。
5.本技术的第一方面，提供一种地表水中有机污染物足迹表征的方法，包括：
6.目标污染物识别：根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；所述监测分析结果包括污染物的种类和浓度；
7.水生毒性数据收集：从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；
8.环境安全阈值计算：根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值rcr；当rcr＞1时，计算环境安全阈值c
safe
；
9.所述环境安全阈值c
safe
按以下公式计算：
[0010][0011]
当获得的目标污染物的水生毒性数据满足ssd拟合要求时，通过ssd曲线拟合，获得目标污染物的hc5和物种影响比例paf，公式中的af取值5；
[0012]
当获得的目标污染物的水生毒性数据不满足ssd拟合要求时，使用外推因子计算hc5，公式中的af取值1；
[0013]
足迹及污染物指数表征：根据环境安全阈值c
safe
，分别按以下公式计算有机污染物足迹chf和有机污染物指数cpi；
[0014][0015]
式中：c为监测分析获得的目标污染物的浓度，v为污染物进入的区域水环境体积；
[0016][0017]
式中：dc为区域水资源总量。
[0018]
可选的，所述水生毒性数据包括ec
50
、lc
50
、noec或noel中的任意一种或多种。
[0019]
可选的，所述计算各目标污染物的环境风险熵值rcr包括：
[0020][0021]
式中：pec指监测分析获得的目标污染物的浓度；pnec指淡水环境生物的预测无效应浓度。
[0022]
可选的，所述ssd拟合要求为：从生态毒理数据库中能够获得的目标污染物的水生毒性数据包括至少3个营养级8个物种的noec、noel、ec
50
或lc
50
数据。
[0023]
可选的，所述生态毒理数据库为ecotox数据库；当目标污染物在ecotox数据库中无水生毒性数据时，使用epi sujisuite的ecoasr模型进行预测，获得水生毒性数据；预测获得的水生毒性数据包括ec
50
。
[0024]
可选的，所述使用外推因子计算hc5包括：目标污染物的水生毒性数据有ec
50
时，取该目标污染物的noec值作为计算c
safe
所需的hc5。
[0025]
可选的，所述该目标污染物的noec值以hc5(noec)表示，hc5(noec)的计算方法包括：根据目标污染物的ec
50
通过外推因子转化获得noec值，转化获得的noec值以hc
50
(noec)表示，按以下公式计算：
[0026][0027]
式中，当目标污染物的ec
50
值为急性数据时，r1取3.3；当目标污染物的ec
50
值为慢性数据时，r1取4.8；
[0028]
根据计算获得的hc
50
(noec)，按以下公式计算hc5(noec)；
[0029][0030]
式中，r2取9.8，β取0.4。
[0031]
可选的，所述根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物，包括：从监测分析结果中筛选新污染物的监测结果，根据目标污染物识别原则，从各新污染物中识别目标污染物；所述新污染物包括pfass、bps、ppcps、opes、paes或pesticide等；所述目标污染物识别原则为：地表水检出率》30％，且污染物暂无或不满足环境质量标准限值要求。
[0032]
可选的，当某一污染物的cpi》1时，判定区域内该污染物的占用的水环境空间超过了区域内的水资源总量，具有较高的环境风险。
[0033]
本发明的第二方面，提供一种地表水中有机污染物足迹表征的系统，包括：
[0034]
目标污染物识别模块，用于根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；水生毒性数据收集模块，用于从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；环境风险熵值计算模块，用于根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值；判定模块，用于判定环境风险熵值的大小，使符合判定条件的目标污染物进入下一级模
块进行处理；环境安全阈值计算模块，用于计算符合判定条件的目标污染物的环境安全阈值；足迹及污染物指数表征模块，用于根据环境安全阈值，计算有机污染物足迹和有机污染物指数。
[0035]
上述方案可见，本发明提供了一种有机污染物足迹表征方法及系统。本发明定义了有机污染物足迹这一指标的评估方法，构建了有机污染物足迹评估体系。通过本发明的有机污染物足迹表征方法，能够表征有机污染物排放对生态系统的影响，并进而识别区域有机污染物的空间占有量、环境风险及环境承载容量，实现对区域有机污染物排放的可持续评估。
附图说明
[0036]
图1为本发明的有机污染物足迹表征方法流程图。
具体实施方式
[0037]
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
[0038]
如图1所示，本发明的地表水中有机污染物足迹表征的方法，包括以下各步骤。
[0039]
s1.目标污染物识别：根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；所述监测分析结果包括污染物的种类和浓度。所述待评价区域更具体地指待评价区域内及其周边流域，对待评价区域及周边流域的地表水进行采样、检测，获得监测分析结果。
[0040]
优选地，从监测分析结果中筛选新污染物的监测结果，所述新污染物包括pfass、bps、ppcps、opes、paes或pesticide等。筛选目标污染物时，根据目标污染物识别原则，从各新污染物中识别目标污染物；识别原则为：地表水检出率》30％，且污染物暂无或不满足环境质量标准限值要求。
[0041]
s2.水生毒性数据收集：从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据。
[0042]
具体地，所述生态毒理数据库优选地为ecotox数据库。基于ecotox数据库，筛选目标有机污染物水生毒性数据，筛选条件为：测试环境：淡水；毒性指标：ec
50
、lc
50
、noec或noel等。当ecotox数据库中无目标污染物的水生毒性数据时，使用epi sujisuite的ecoasr模型进行预测，预测获得的水生毒性数据至少包括ec
50
。当水生毒性数据不满足“三个营养级中，每个营养级至少一项急性l(e)c
50
或者至少一项慢性noec数据”这一条件时，表明毒性数据不充分，该污染物暂不计入本次足迹表征体系之中。
[0043]
s3.环境安全阈值c
safe
计算：根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值rcr；当rcr＞1时，计算环境安全阈值c
safe
。
[0044]
s31环境风险熵值rcr计算
[0045][0046]
式中：pec指监测分析获得的目标污染物的浓度，为实测浓度；pnec指淡水环境生物的预测无效应浓度。
[0047]
而pnec计算公式如下：
[0048]
[0049]
式中：ecotox是指淡水环境生物的生态毒理学关键效应值，通常采用最敏感物种的半数致死浓度lc
50
、效应浓度ec
50
或无观察效应浓度noec等，可从所述目标污染物的水生毒性数据中获取。
[0050]
af1是指评估系数，根据ecotox的情况选择确定，无量纲。推荐评估系数见表1。
[0051]
表1计算pnec的推荐评估系数
[0052][0053][0054]
如果rcr≤1，表明未发现单个特征污染物存在不合理环境风险。如果rcr》1，表明单个特征污染物存在不合理环境风险。当rcr＞1时，计算环境安全阈值c
safe
。
[0055]
s32环境安全阈值计算
[0056]csafe
按以下公式计算：
[0057][0058]
①
当获得的目标污染物的水生毒性数据满足ssd拟合要求时；
[0059]
通过ssd曲线拟合，即采用etx2.1拟合ssd曲线，获得目标污染物的hc5(5％物种受到影响的浓度值)和物种影响比例paf，上述公式中的af取值5。更具体地，所述ssd拟合要求指，污染物水生毒性数据包含淡水环境、至少三个营养级八个物种的noec、noel或ec
50
、lc
50
数据。
[0060]
②
当获得的目标污染物的水生毒性数据不满足ssd拟合要求时；
[0061]
使用外推因子计算hc5，公式中的af取值1；使用外推因子计算hc5指的是目标污染物的水生毒性数据有ec
50
时，取该目标污染物的noec值作为计算c
safe
所需的hc5，而noec值可通过ec
50
转化而来。所述该目标污染物的noec值以hc5(noec)表示，hc5(noec)的计算方法包括：
[0062]
根据目标污染物的ec
50
通过外推因子转化获得noec值，转化获得的noec值以hc
50
(noec)表示，按以下公式计算：
[0063][0064]
式中，当目标污染物的ec
50
值为急性数据时，r1取3.3；当目标污染物的ec
50
值为慢性数据时，r1取4.8。
[0065]
根据计算获得的hc
50
(noec)，按以下公式计算hc5(noec)；
[0066][0067]
式中，r2取9.8，β取0.4。
[0068]
上述计算获得的hc5(noec)，即为c
safe
计算公式中的hc5，从而计算c
safe
。
[0069]
s4.足迹及污染物指数表征
[0070]
根据环境安全阈值c
safe
，可得到有机污染物至安全阈值所需要的额外环境资源体积，即有机污染物足迹(chf)。具体按以下公式计算：
[0071][0072]
式中：c为流域监测分析获得的目标污染物的实测浓度，与上文s31步骤中的pec为同一值；v为污染物进入的区域水环境体积，具体而言，v为目标污染物排放到的区域水环境的体积，实际中，可根据监测区域水域的面积及水深的乘积获得。
[0073]
为了更直观表征有机污染物对环境的可持续影响，定义有机污染物污染物指数cpi，反映有机污染物足迹对水体环境空间的占用情况。当cpi》1时，表明区域内该有机污染物的占用的水环境空间超过了区域内的水资源总量，具有较高的环境风险。
[0074][0075]
式中：dc为区域水资源总量；所述水资源总量的范围为研究评价区域内的水环境资源量，包括地表水及地下水资源量，可从相关水文数据文献资料中获取。
[0076]
基于上述的方法，本发明还提供一种地表水中有机污染物足迹表征的系统，通过该系统可运行本发明所述的足迹表征方法。
[0077]
所述系统包括：目标污染物识别模块，用于根据区域周边流域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；水生毒性数据收集模块，用于从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；环境风险熵值计算模块，用于根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值；判定模块，用于判定环境风险熵值的大小，使符合判定条件的目标污染物进入下一级模块进行处理；所述下一级模板即环境安全阈值计算模块，用于计算符合判定条件的目标污染物的环境安全阈值；足迹及污染物指数表征模块，用于根据环境安全阈值，计算有机污染物足迹和有机污染物指数。
[0078]
实施例
[0079]
选取某一工业园区周边流域，进行有机污染物足迹表征。
[0080]
(1)目标污染物识别。基于靶向分析结果，园区周边流域共检出163种新污染物，其中11种pfass、5种bps、52种ppcps、13种opes、5种paes、77种pesticide。根据目标污染物识别原则，共识别出99种目标污染物。
[0081]
(2)环境风险熵值计算。计算99种新污染物的rcr值，结果显示，rcr》1的新污染物有16种，表明这些新污染物具有较高的环境风险。0.1《rcr《1新污染物有20种，表明具有中等的环境风险。其余新污染物的rcr《0.1，环境风险较低。
[0082]
(3)环境安全阈值计算。基于上文新污染物rcr计算结果，选取16种新污染物开展环境安全阈值计算。通过ecotox及epi suite计算结果，12种新污染物毒性数据满足ssd曲
线拟合要求，通过etx计算hc5，剩余新污染物采用平均影响评价法计算，结果见表2。
[0083]
结果表明，园区流域雌素酮的浓度水平，所影响的水生物种比例较高，paf为8.19％-23.0％，其次为氟虫腈砜和戊唑醇。
[0084]
表2 16种新污染物环境健康阈值
[0085]
污染物hc5(ng/l)afc
safe
(ng/l)paf多菌灵5557.9651111.59《1.73％二甲戊灵1262.835252.57《0.14％异丙甲草胺9873.7051974.74《0.09％戊唑醇1397.425279.48《4.34％三唑磷52.42510.48《0.66％醚菊酯139.86527.97《0.56％嘧菌酯997.565199.51《0.14％肟菌酯266.65553.33《0.02％氟虫腈砜4.1150.82《14.61％布洛芬178.39535.680.36％-2.54％雌素酮0.0850.028.19％-23.0％磷酸三苯酯450.31590.060.01％-0.19％腐霉利0.2210.22/苯醚甲环唑9.1019.10/罗红霉素215.561215.56/安替比林0.7910.79/
[0086]
(4)足迹及污染指数表征。根据16种新污染物环境安全阈值，结合区域水系特征，计算新污染物足迹及污染指数，结果见表3。本实施例中污染物进入水环境的体积v为127050000m3，水资源总量dc为1.772亿立方米。表格中，e+n表示10的n次方，例如2.67e+07表示2.67
×
107。
[0087]
结果显示，雌素酮、腐霉利、氟虫腈砜的新污染物足迹较高，表明其占用了较多的水资源量。cpi指数显示雌素酮、腐霉利、氟虫腈砜占用的水环境空间超过了区域的水资源总量，具有较高的生态环境风险。
[0088]
表3 16种新污染物足迹及污染指数
[0089]
污染物chf(km3)cpi多菌灵2.67e+070.15二甲戊灵1.68e+060.01异丙甲草胺2.65e+060.01戊唑醇5.63e+070.32三唑磷9.07e+060.05醚菊酯5.10e+060.03嘧菌酯7.28e+060.04肟菌酯9.67e+050.01氟虫腈砜8.64e+084.87
布洛芬3.46e+070.20雌素酮2.58e+10145.60磷酸三苯酯2.74e+060.02腐霉利6.24e+0935.21苯醚甲环唑7.49e+070.42罗红霉素3.97e+060.02安替比林1.56e+080.88
[0090]
具体实现中，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0091]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本技术进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本技术的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本技术精神和范围的情况下，可以对本技术技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本技术的范围内。

技术特征：
1.一种地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，包括：目标污染物识别：根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；所述监测分析结果包括污染物的种类和浓度；水生毒性数据收集：从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；环境安全阈值计算：根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值rcr；当rcr＞1时，计算环境安全阈值c
safe
；所述环境安全阈值c
safe
按以下公式计算：当获得的目标污染物的水生毒性数据满足ssd拟合要求时，通过ssd曲线拟合，获得目标污染物的hc5和物种影响比例paf，公式中的af取值5；当获得的目标污染物的水生毒性数据不满足ssd拟合要求时，使用外推因子计算hc5，公式中的af取值1；足迹及污染物指数表征：根据环境安全阈值c
safe
，分别按以下公式计算有机污染物足迹chf和有机污染物指数cpi；式中：c为监测分析获得的目标污染物的浓度，v为污染物进入的区域水环境体积；式中：dc为区域水资源总量。2.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述水生毒性数据包括ec
50
、lc
50
、noec或noel中的任意一种或多种。3.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述计算各目标污染物的环境风险熵值rcr包括：式中：pec指监测分析获得的目标污染物的浓度；pnec指淡水环境生物的预测无效应浓度。4.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述ssd拟合要求为：从生态毒理数据库中能够获得的目标污染物的水生毒性数据包括至少3个营养级8个物种的noec、noel、ec
50
或lc
50
数据。5.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述生态毒理数据库为ecotox数据库；当目标污染物在ecotox数据库中无水生毒性数据时，使用epi sujisuite的ecoasr模型进行预测，获得水生毒性数据；预测获得的水生毒性数据包括ec
50
。6.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述使用外推因子计算hc5包括：目标污染物的水生毒性数据有ec
50
时，取该目标污染物的noec值作为计算c
safe
所需的hc5。
7.根据权利要求6所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述该目标污染物的noec值以hc5(noec)表示，hc5(noec)的计算方法包括：根据目标污染物的ec
50
通过外推因子转化获得noec值，转化获得的noec值以hc
50
(noec)表示，按以下公式计算：式中，当目标污染物的ec
50
值为急性数据时，r1取3.3；当目标污染物的ec
50
值为慢性数据时，r1取4.8；根据计算获得的hc
50
(noec)，按以下公式计算hc5(noec)；式中，r2取9.8，β取0.4。8.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，所述根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物，包括：从监测分析结果中筛选新污染物的监测结果，根据目标污染物识别原则，从各新污染物中识别目标污染物；所述新污染物包括pfass、bps、ppcps、opes、paes或pesticide；所述目标污染物识别原则为：地表水检出率>30％，且污染物暂无或不满足环境质量标准限值要求。9.根据权利要求1所述的地表水中有机污染物足迹表征方法，其特征在于，当某一污染物的cpi>1时，判定区域内该污染物的占用的水环境空间超过了区域内的水资源总量，具有较高的环境风险。10.一种地表水中有机污染物足迹表征系统，其特征在于，包括：目标污染物识别模块，用于根据待评价区域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；水生毒性数据收集模块，用于从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；环境风险熵值计算模块，用于根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值；判定模块，用于判定环境风险熵值的大小，使符合判定条件的目标污染物进入下一级模块进行处理；环境安全阈值计算模块，用于计算符合判定条件的目标污染物的环境安全阈值；足迹及污染物指数表征模块，用于根据环境安全阈值，计算有机污染物足迹和有机污染物指数。

技术总结
本发明涉及环境风险评价技术领域，提供一种地表水中有机污染物足迹表征的方法及系统。方法包括：根据区域周边流域有机污染物监测分析结果，筛选目标污染物；从生态毒理数据库中获取目标污染物的水生毒性数据；根据所述水生毒性数据，计算各目标污染物的环境风险熵值RCR；当RCR＞1时，计算环境安全阈值；根据环境安全阈值，计算有机污染物足迹ChF和有机污染物指数CPI。本发明通过建立有机污染物足迹评估体系，表征有机污染物排放对生态系统的影响，进而识别区域有机污染物的空间占有量、环境风险及环境承载容量，实现对区域有机污染物排放的可持续评估。排放的可持续评估。排放的可持续评估。


技术研发人员：周海云 姚烘烨 王伟霞 顾凰琳 赵笛 包健 涂勇
受保护的技术使用者：江苏省环境工程技术有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/26