文档介绍：重金属环境水质标准的制定 ——美国制定铜的天然水质标准进程介绍
铜的毒性具有双阈值
如铜是所有动物和植物生长所必需的元素,存在于生物体的所有器官和组织中,通常与蛋白质或其它有机物结合,如人体内的铜蓝蛋白、细胞色素氧化酶等。生物体和人体新陈代谢过程中的许多关键酶,都需要铜的参与和活化,才能维持正常的生理功能。国际卫生组织建议成年人每天至少应摄入2至3毫克的铜。
另一方面,人过量摄入铜,会发生铜中毒,表现为, 胃部不适、恶心、呕吐和腹泻等症状。为了防止人体和生物体从环境中摄取过量的铜,产生中毒现象,需要制定铜的环境和卫生标准。例如,世界卫生组织推荐成年男人铜的摄入量应不超过12 mg/日,成年女子不超过10毫克/日。
铜的水质标准
对生活饮用水国际卫生组织推荐的最大允许含量为2 mg /L。
对环境水体由于问题的复杂性,铜的水质标准至今仍在研究中。
美国制定铜的环境水质标准的过程
早期,人们将不同种类的生物暴露在不同浓度的硫酸铜溶液中,在毒性数据基础上建立了以总浓度为指标的最早的铜的水质标准。
后来在不同实验条件下在进行重复试验时发现, 铜的毒性不仅与其浓度有关,而且还和水的硬度、碱度、pH值和水中有机物的含量有关。
监测部门提供的数据表明某些水体中铜的浓度明显超标,但是并没有发现水生生物中毒事件。如在美国发现一些湖泊中铜的浓度远远超过了标准上限,但鱼和其它生物的生长发育仍很正常。这说明以总浓度为指标的铜的水质标准不能正确说明其对生物的毒性。
美国制定铜的环境水质标准的过程
美国环保署不断在研究制定铜的环境水质标准的方法,由研究总铜改为研究溶解态铜(1985),又改为研究络合态铜,并允许根据水的硬度和有机物含量对当地的铜水质标准进行调整(1996)。 1998年,美国环保局又针对水的盐度调整了铜的水质标准。
美国制定铜的环境水质标准的过程
在研制铜的水质标准时,某些学者发现,天然水中的腐殖质等可溶性有机碳能够与铜发生络合作用,从而降低了水中铜的活度和毒性。
只有当铜活度相同时,实验室和现场观察到的毒性才可以相互比较。这就意味着铜的毒性“因地而异”,因此相应的环境标准也应该“因地而异”。
水效应比值问题(water effective ratio, WER)
1990s初期美国环保局提出用水效应比值方法确定铜的地区水质标准。
在水效应比值(water effective ratio, WER)方法中,将水体生物分别饲养在实验室配制和实际水体采集的水样中,加入不同浓度的铜,观察毒性。两种不同配制方法得到的毒性差别反映了当地水体对铜毒性“屏蔽”作用的强弱。
由于当时要求每年至少用2种以上的生物进行不少于3次测试,费时,费钱,得到的结果又难以解释和应用,因此这一方法未能持续。
在研制铜的水质标准过程中不断加深对天然水体中铜的毒性问题的认识
pH的影响
1)控制金属的溶解性
2)控制溶解金属中的离子形态
硬度的影响
1)硬度可以降低生物膜的通过性,因此降低了金属离子跨膜的机会;
2)硬度阳离子与金属离子竞争生物膜表面的活性位,降低了金属离子与活性位结合的机会。
碱度的影响
碱度不影响金属的形态,主要影响金属对生物活性位的反应;
碱度可以通过影响硬度而间接影响金属的毒性
可溶性有机物(DOM)对金属毒性的影响
天然水中的DOM(HA和FA)与金属络合,从而减少铜被生物吸收的可能性. DOM的性质在不同地点和不同季节有很大差别,对金属络合的强度不同。目前世界上尚没有一个国家的水质标准考虑这一因素。
考虑硬度影响的铜的水质标准
1984年美国EPA允许根据不同地点水的硬度对当地的水质标准进行调整,将铜的安全浓度表示为水的硬度的函数:
Ln(LC50)= a × ln (H) + b
其中,H-水硬度,a,b是回归系数, LC50单位是μg/L; 硬度为mg/L CaCO3
因为随硬度的升高,可溶态金属对生物的致死浓度(LC50)也在升高。