T∕LNEMA 002-2022 基于同位素技术的重金属污染物 同源性分析技术指南.pdf

《T∕LNEMA 002-2022 基于同位素技术的重金属污染物 同源性分析技术指南.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《T∕LNEMA 002-2022 基于同位素技术的重金属污染物 同源性分析技术指南.pdf（14页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、ICS13.080.01CCSZ10团体标准T/LNEMA 002-2022基于同位素技术的重金属污染物同源性分析技术指南Technical guideline for homology analysis of heavy metal pollutants based onisotopic technique2022-09-26 发布2022-09-26施辽 宁 省 环 境 监 测 协 会发 布T/LNEMA 0022022I目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14同源性分析的原则.25同源性分析的工作程序.26信息收集与调查采样.37重金属污染物的同源性分析方法.4附录

2、 A（资料性）重金属污染元素与地壳元素类型.7附录 B（资料性）相关性分析方法.8附录 C（资料性）Copula 函数的计算方法.9附录 D（资料性）路径分析模型的计算方法.10参考文献.11T/LNEMA 0022022II前言本指南按照GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则、GB/T39791.12020 生态环境损害鉴定评估技术指南 总纲和关键环节 第1部分：总纲、GB/T 39792.12020生态环境损害鉴定评估技术指南 环境要素 第1部分：土壤和地下水的规定起草。本请注意本指南的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本指南

3、由中国科学院沈阳应用生态研究所提出。本指南由辽宁省环境监测协会归口。本指南起草单位：中国科学院沈阳应用生态研究所、辽宁省环境监测协会、辽宁省环保集团有限责任公司、辽宁奉天检测技术有限公司、辽宁天元环保监测有限公司、沈阳柏沐科技有限公司、辽宁标普检测技术有限公司、盛京息壤（辽宁）环保科技有限公司、沈阳环境科学研究院、沈阳环科检测技术有限公司、辽宁杉源环境监测有限公司、沈阳灵云劳务服务有限公司、辽宁省生态环境监测中心、辽宁省生态环境事务服务中心、辽宁省生态环境保护科技中心、辽宁省分析科学研究院、辽宁省林业科学研究院、中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司、沈阳市生态环境事务服务中心、辽宁省丹东生态环

4、境监测中心、沈阳化工研究院有限公司等。本指南主要起草人：王颜红、王镜然、王阳、刘首正、白玉花、赵璐璐、逯海、周强、于旦洋、杨雪连、夏美君、李思怡、孙银艳、刘晓薇、单春花、马成岭、管锡艳、李丽、王峰源、杨露、祝雷、徐春萍、李宛桐、薛晨、刘祝新、王文琳、杨依依、刘晓日、赵德君、孙书晶、任长顺、刘兴鑫、张霄、李赫、魏建勋、宋闯、王迎春、陈振宇、周鑫、王德安、高爽、陶冶、张威、马巍峰、康楠、张丁楠、吴喆、贾澍、王鹏、张子伯、陈阳、徐鹏、王金雷、高坤宇、曾军、宋大明、赵兢兢、齐亚辉、靳辉、王金宏、陈瑛亮、李红、魏静元、刘红民、赵济川、胡博、王月婵、黄夏、王宁、周晓磊、祁柏林、赵宏德、姚亮、路阳、王铁龙、

5、杨国玉、周思宁、张增磊、石峰、赵国杰、张宇宁、洪德伟、张浩洋、王占龙、刘金星、宋金田、侯松嵋、郭静、王海艳、杨军泽、王丹、黄志英、高尚、孙丽娜、杨洋、朱颖、于淼、吕晓佼、李静娴、刘宏燕、于丰阁、宁梅、吴红霞、吴广勇、李强、张立刚。T/LNEMA 00220221基于同位素技术的重金属污染物同源性分析技术指南1范围本指南规定了污染场地重金属污染物同源性分析环节的内容、程序和技术要求。本指南适用于因环境污染行为导致的涉及污染场地重金属污染物的同源性分析评估工作。2规范性引用文件本指南引用下列文件或其中的条款。凡是注明日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本指南。凡是未注日期的引用文件，其最新版本（包

6、括所有的修改单）适用于本指南。GB 15618土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准（试行）GB 36600土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）GB/T 39792.1生态环境损害鉴定评估技术指南 环境要素 第1部分：土壤和地下水HJ 25.1建设用地土壤污染状况调查技术导则HJ 25.2建设用地土壤污染风险管控和修复监测技术导则HJ 606工业污染源现场检查技术规范HJ 832总纲土壤和沉积物 金属元素总量的消解 微波消解法HJ/T 166土壤环境监测技术规范HJ/T 373固定污染源监测质量保证与质量控制技术规范（试行）3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1同位素技

7、术isotopic technique对于损害持续时间较长，且特征污染物为铅、镉、锌、汞等重金属或含有氯、碳、氢等元素的有机物时，可采用同位素技术，对潜在污染源和受体端土壤和地下水样品进行同位素分析，根据同位素组成和比例等信息，结合多元统计分析等方法，判断受体端和潜在污染源的同源性，确定污染源。3.2同源性分析homology analysis采样分析污染源、环境介质和生物中污染物的成分、浓度、同位素丰度等，采用稳定同位素、放射性同位素、指纹图谱、多元统计分析等技术方法，判断污染源、环境介质和生物中的污染物是否具有同源性3.33.4污染场地contaminated site污染场地，是指从事过

8、有色金属冶炼、采矿、电镀等行业生产经营活动，以及从事过危险废物贮存、利用、处置活动的用地以及按照国家技术规范确认超过有关土壤环境标准的污染地块3.53.6基线baseline污染环境或破坏生态未发生时评估区生态环境及其服务功能的状态。T/LNEMA 002202223.73.8评估区assessment area经调查发现发生环境质量不利改变、生态服务功能退化等，需要开展生态环境损害识别、分析和确认的区域。3.93.10专业判断布点法sampling based on professional judgment指由专业调查人员基于对调查区域条件的了解，在判断有可能受到损害的位点进行布点的方法。

9、3.113.12系统布点法systematic sampling将场地分成面积相等的若干小区，在每个小区的中心位置或网格的交叉点处布设一个采样点进行采样。3.13分区布点法zoning sampling分区布点法是将地块划分成不同的小区，再根据小区的面积或污染特征确定布点的方法。3.143.15受体receptor一般指场地及其周边环境中可能受到污染物影响的人群或生物类群，也可泛指场地周边受影响的功能水体（如地表水、地下水等）和自然及人文景观（区域）等（如居民区、商业区、学校、医院、饮用水源保护区等公共场所）。4同源性分析的原则4.1规范合法原则同源性分析评估工作应当按照有关法律法规和技术规范

10、规定的程序和方法开展，报告文书应符合法律法规和技术规范规定的程序、结构及内容要求。4.2公平客观原则开展同源性分析评估工作时，应确保评估机构及其工作人员与利益相关方无利害关系，机构及其工作人员应具备相应的专业知识与实践操作经验，可独立、客观地开展这一工作。4.3可操作性原则综合考虑同源性分析技术方法、时间和经费等因素，结合当前科技发展和专业技术水平，使同源性分析评估过程切实可行。5同源性分析的工作程序结合鉴定评估准备以及损害调查确认阶段获取的信息，进行污染场地重金属污染物同源性鉴别工作。对于污染源不明确时进行来源解析明确污染源，基于来源解析结果利用同源性分析技术判定场地受体土壤污染物与场地地污

11、染源排放的一致性；当污染源明确时，直接进行同源性分析，判断一致性。场地重金属污染同源性分析工作程序见图1。T/LNEMA 00220223图 1污染场地重金属污染物同源性分析工作流程图6信息收集与调查采样6.1信息收集按照鉴定评估工作方案的要求，参照GB/T 39791.2中5.1和5.2对于评估区域基本状况调查和信息收集的规定，通过资料收集分析、文献查阅、座谈走访、问卷调查、现场踏勘、现场快速检测等方式，初步掌握土壤环境损害的基本情况，了解评估区的自然环境与社会状况等关键信息。a）明确污染源的数量、位置和周边情况等信息；污染排放方式、排放时间、排放频率及排放去向等信息；污染源排放的特征污染物

12、种类、排放量和排放浓度等信息；b）收集评估区的地理地貌、气候、土地利用类型、周边监测点位的环境监测历史数据；c）与当地环境、农业等相关部门及时沟通了解污染事件的具体信息，包括污染事件发生的经过和应急处置过程，可能的污染点、污染物种类、污染范围、污染物扩散途径等信息；6.2土壤环境调查6.2.1样品采集对于污染源明确的情况，采集需评估的目标受体土壤样品和场地污染排放源样品。污染排放源样品根据污染源特征进行选取，当场地排放源涉及到工业生产过程，场地排放源样品选择生产排放的废水、废渣等废弃物进行采集；当场地排放源为原材料堆放泄漏，不存在工业生产过程时，选择原材料作为污染源样品进行采集。对于污染源不明

13、确的情况，除采集需评估的目标受体土壤样品外，应对各潜在污染源的样品进行采集，包括但不限于场地污染排放源样品、机动车尾气尘等代表交通排放源的样品、肥料、杀虫剂等代表农业排放源的样品。当评估区域具有符合条件的对照区域时，应采集对照区域样品。T/LNEMA 00220224采集土壤样品使用土壤系统布点法、分区布点法和专业判断布点法布设采样点采集土壤样品，各布点方法的选取原则和实施步骤按HJ 25.2中6.1.1规定的土壤监测点位布设方法执行。对于场地排放源样品的采样参照HJ 606中的5.2对污染源的采样方法和HJ/T 373中第5章和第6章规定的废水和废气的检测方法执行。6.2.2样品检测检测的指

14、标根据6.1中收集到的关于各个土壤重金属污染源的信息选取，特别要考虑场地排放源涉及的生产工艺、行业特征以及评估区环境条件、污染物性质和转化规律等信息，选取检测的指标类型。检测的指标类型参考附录A并结合评估区域实际情况进行选取。土壤及污染源样品的浓度检测及其质量控制方法参照GB 36600中的表3、GB 15618中的表4、HJ/T166中的表10-1和10-2以及HJ 832执行，同位素丰度比的检测及其质量控制方法参考GB/T 37847、GB/T3784、GB/T 31231的规定金属元素稳定同位素的测试方法执行。6.3基线的调查与确认应选择适当的评价指标和方法调查并确定基线。基线的确定方法

15、包括：a）优先使用历史数据作为基线水平：查阅相关历史档案或文献资料，包括针对调查区域开展的常规监测、专项调查等过程获得的报告、监测数据、照片等结果，获取能够表征调查区土壤环境历史状况的数据。b）以对照区调查数据作为基线水平：如果无法找到能够表征影响区域内土壤环境质量历史状况的数据，选择未受污染环境或破坏生态行为影响的“对照区域”，进行土壤钻探、采样分析和调查工作，获取对照区土壤环境质量状况。c）参考环境质量标准确定基线水平：如果无法获取评估区历史数据和对照区数据，则利用相应的土壤环境质量标准值作为基线，包括国家标准、行业标准、地方标准和国外相关标准，如 GB15618、GB 36600。d）使

16、用模型进行推算：如果无法获取历史数据和对照区数据，且无可用的土壤环境质量标准时，可通过模型推算法利用污染行为的发生时间、排放污染物的类型、评估区域的水文地质等类型的数据构建污染物浓度与污染时间的预测模型，推算受污染行为影响前的重金属浓度基线水平。7重金属污染物的同源性分析方法7.1重金属污染状况评价方法7.1.1污染指数评价在对采集到的受体土壤样品的重金属浓度进行了基本描述性统计后，利用污染指数法，评价受体土壤的重金属污染，利用单因子污染指数，划分受到污染的重金属，即污染等级大于等于轻度污染的重金属元素，为选取污染元素提供依据。污染指数法的计算方法参照HJ/T 166中第12章规定的土壤环境质

17、量评价方法执行，污染等级的划分见表1。T/LNEMA 00220225表 1重金属污染分级标准等级划分单项污染指数综合污染指数污染等级污染水平10.70.7安全清洁20.71.00.71.0警戒线尚清洁31.02.01.02.0轻度污染土壤受到轻度污染42.03.02.03.0中度污染土壤受到重度污染53.03.0重度污染土壤受污染相当严重7.2污染元素及伴生地壳元素选取原则和方法7.2.1相关性分析利用受体土壤的元素浓度测试数据，使用相关性分析初步判定污染元素与地壳元素的同源关系以及复合污染关系，找出几组污染元素和伴生元素的元素对。当浓度数据符合正态分布时，使用Pearson相关系数计算，当

18、数据偏态分布，使用Spearman相关系数计算。相关性强弱的判定依据：不相关0.3低度相关0.5中度相关0.8高度相关。当相关性达到中度相关时，将两种元素纳入到污染元素-伴生元素对的选取范围当中。两种相关系数的计算方法见附录B。7.2.2Copula 函数采用Copula模型进一步选取有协同效应的污染与伴生元素，将相关性分析确定的，具有相关关系的污染-伴生元素对的浓度输入Copula函数中，根据各元素对Copula函数拟合的尾部相关系数判断协同性，值越大协同性越强，确定协同效应最强的污染元素-伴生元素对进行后续的同源性分析。Copula函数的计算方法见附录C。7.3污染场地重金属污染物来源解析

19、7.3.1源解析的原则污染来源未知时，通过人员访谈、现场踏勘、空间影像识别等手段和方法，调查潜在污染源，优先选择同位素比值法，进行同位素组成和比例分析，识别污染源。污染来源解析常用的方法包括：a）同位素比值法：对于损害持续时间较长，且特征污染物为铅、镉、锌、汞等重金属，可采用同位素比值法，对潜在污染源和受体端土壤样品进行同位素分析，根据同位素组成和比例等信息，确定污染源；b）多元统计分析法：采集潜在污染源和受体端土壤样品，分析污染物类型、浓度情况，采用相关分析、主成分分析、聚类分析等统计分析方法确定污染源；c）受体模型法：利用权重确定受体化学组分中的误差，然后通过共轭梯度法来确定受体的主要污染

20、源及其贡献比率，确定污染源。7.3.2源解析的推荐方法-同位素比值法首先将确定的污染元素和伴生元素的受体土壤和各潜在污染源的同位素比值绘制散点图，定性分析受体和各来源间的关联性，初步判断各来源对受体污染的重要性。随后，采用污染元素-地壳元素多参数同位素比值法，利用EPA-IsoSource计算各端元的贡献率，定量解析各来源贡献。T/LNEMA 002202267.4污染场地重金属污染物同源性分析7.4.1回归分析法当评估区是污染源不明确的类型时，利用受体土壤和污染源样品的污染元素和伴生元素同位素比值，通过回归分析，明确各个污染源对受体土壤污染的直接和间接效应。使用逐步回归分析法，分析受体与各影

21、响因子，即污染源间的相关关系，得到污染土壤的影响因子,即确定影响到受体土壤的污染源的类型，利用单因子回归，分析各个影响因子对污染土壤的拟合程度R2，R2值越大，污染源对污染土壤解释程度越优，最大的即为直接驱动因子，其余为间接因子。当评估区污染源明确，且为场地排放源时，直接使用单因子回归分析，以R2证明场地污染源对受体土壤污染具有的直接驱动效应。7.4.2路径分析将污染元素和伴生元素的同位素比值分别利用路径分析模型进行计算，利用7.4.1确定的各污染因子对受体土壤污染的直接和间接效应绘制路径分析图，分析受体土壤与各污染源间的直接和间接效应关系，计算场地排放源的解释程度W，当W大于50%，可确定具

22、有同源性。路径分析的建模工作过程，包括：a）模型设定。该模型应当包括各种可能的路径，可以通过路径图的形式将模型中的各种关系描述清楚，以便较好地理清各种关系。b）模型识别与模型估计。该步骤应当尝试对模型中的参数加以估计，如果模型设定有误，则可能会导致整个模型无法被估计，此时应当对模型加以修正，直至得到初步的估计值。c）模型评价。评价各路径的关联是否具有统计学意义，并且是否能够很好的与专业知识相吻合。如果无统计学意义，则可以考虑将该路径删除；如果拟合结果不符合专业知识，则需要考虑是否整个模型框架存在较大问题。d）模型修正。根据模型评价的结果对模型进行简化和改进，最终得到一个既符合专业知识，又与数据

23、的特征相吻合的路径分析模型。路径分析模型的计算方法见附录D。T/LNEMA 00220227附录A附录B（资料性）附录C 重金属污染元素与地壳元素类型表 A.1 重金属污染元素与地壳元素类型元素污染元素Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni等地壳元素B、Sn、Mg、Mo、Sr、Ba、Fe、Zn、Cu、Ga等T/LNEMA 00220228附录D附录E（资料性）附录F 相关性分析方法相关性分析以初步判定污染元素与地壳元素的同源关系以及复合污染关系，相关系数的计算方法包括Pearson相关系数和Spearman相关系数：F.1Pearson 相关系数当数据服从正态分布时，运用 Pearson 相关系数

24、。Pearson 相关系数是在两个变量都是正态分布的假设下，仅对两个变量之间的线性关系的强度和方向的度量。定义为两个变量的样本协方差除以样本标准差，计算方法见公式（B.1）：22(B.1)式中：监测项目的 Pearson 相关系数；,监测项目Xi，Yi的平均值；F.2Spearman 相关系数当数据不符合正态分布时，运用 Spearman 相关系数。Spearman 相关系数是两个秩变量或一个秩变量和一个测量变量之间的非参数或无分布秩统计度量。原则上，Spearman 相关系数不需要对频率分布和两个变量之间的线性关系进行任何假设，也不需要用区间尺度进行测量。基于两个排序变量之间差异的 Spea

25、rman 相关系数计算方法见公式（B.2）：1 62 21(B.2)式中：监测项目的 Spearman 相关系数；每对排序变量之间的差值；样本的总数。T/LNEMA 00220229附录G附录H（资料性）附录I Copula 函数的计算方法应用于本指南的Copula函数包括T-Copula函数、Gumbel-Copula函数和Clayton-Copula函数I.1二元 T-Copula 函数二元 T-Copula 函数反映变量之间的对称相关性，计算方法见公式（C.1）：,;,1 1 12 121 222 1222(C.1)式中：Spearman 秩相关系数；尾部相关系数。I.2Gumbel-C

26、opula 函数Gumbel-Copula 函数能够较好的跟踪上尾特性，计算方法见公式（C.2）：,;1 1(C.2)式中：1生成元，1,。I.3Clayton-Copula 函数Clayton-Copula 函数具有高度敏感的下尾特性，计算方法见公式（C.3）：,;11(C.3)式中：1生成元。T/LNEMA 002202210附录J附录K（资料性）附录L 路径分析模型的计算方法L.1路径分析的计算路径分析的计算公式见公式（D.1）：2 1 1 121 22 1 2(D.1)式中：2路径系数；变量可决系数。比较模型中变量之间的权重Q，计算方法见公式（D.2）：1212(D.2)式中：2简化前路径系数；2简化后路径系数。根据Q值计算出统计量W，计算方法见公式（D.3）：ln(D.3)式中：样本量；简化模型所删除的路径数目。T/LNEMA 002202211参考文献1 GB/T 31231水中锌、铅同位素丰度比的测定 多接收电感耦合等离子体质谱法2 GB/T 37847同位素组成质谱分析方法通则3 GB/T 37848水中锶同位素丰度比的测定