安徽北部农村地区地下水重金属含量特征及水质评价
2022-11-25
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2015年11月 地下水 Ground water 第37卷第6期 Nov.,2015 V01.37 NO.6 安徽北部农村地区地下水 重金属含量特征及水质评价 王思维 ,林曼利 ,王曜 。谢哲 (1.宿州学院环境与测绘工程学院,安徽宿州234000;2.宿州学院资源与土木工程学院,安徽宿州234000) 【摘要] 以安徽北部农村地区地下水为研究对象,随机采集了26个地下水样品,测试分析Cd,Cr,Cu,Zn, Ph.Ni和Mn七种重金属,对其含量特征和水质状况开展研究。结果表明:1个采样点的内梅罗污染指数为0.7719, 出现了轻度的重金属污染;5个采样点出现了单项重金属Mn,Ni和Pb含量超标,但其综合水质尚可迭标;20个采样 点地下水符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)中的Ill类水质标准,适用于日常生活饮用水水源及工、农业 用水。通过对安徽北部农村地下水水质现状的研究,可为掌握研究区农民饮水安全状况提供参考。 [关键词] 地下水;重金属;特征;水质评价;安徽北部 [中图分类号]P641.12 [文献标识码] A [文章编号] 1004—1184(2015)06—0018—04 Content Characteristic and Quality Assessment of Heavy Metals in Groundwater of Rural Areas.N0rth Anhui Province SI Wei—wang ,MAN li—lin。YAO Wang ,ZHI Xie ,(1.School of environment science and spatial informatics,Suzhou University,Suzhou 234000,China;2.School of re— sources&civil engineering,Suzhou University,Suzhou 234000,China) Abstract:This paper takes rural areas in the Noah Anhui province as the study object,in which twenty—six groundwater samples were randomly collected.To make a detailed analysis of content characteristics.seven kinds of heavy metals(Cd, Cr,Cu,Zn,Pb,Ni and Mn)were determined,and the water quality was also analyzed.The result shows that,in one sit, the Nemerow Pollution Index of water quality is 0.77 1 9,which belongs to mild heavy metal pollution,and in five sits,the contents of single heavy metal,such as Mn,Ni,and Pb exceed groundwater quality guidelines,however,the comprehensive water quality still can meet national standard;and in twenty sits,the groundwater conforms to the Drinking water health stand- ards(GB5749—2006Ⅲ),which means it can be directly used as the sources of drinking water,industiral water and agricul— tural water in people's daily lives. Key words:groundwater;heavy metals;characteristic;water quality assessment;north Anhui province 地下水因其水质优良,分布广泛,水质更新速度快,开采 工作简单易行,已成为人们日常生产生活青睐的水源地之 一3.6亿的农村人口无法喝到健康的符合标准的饮用水…。水 质型缺水已严重阻碍了社会经济的发展,威胁到了人类的身 体健康。对于采煤矿区来说,煤炭开采活动不仅会对地下水 流动产生干扰,也会对其水质产生一定的影响 。同时由 于煤矿企业大多分布在近郊和偏远农村地区,而地下水恰恰 又是这些地区居民的直接饮用水水源。因此,地下水水质对 。世界上约三分之一的人口是以地下水作为饮用水源 的…,特别是在农业灌溉中约80%的水取自地下 J。但近 年来地下水面临水质污染和超采双重问题,主要原因包括农 业的集约化,化肥农药的不合理使用,城镇化的不断推进过 程中欠佳的基础设施和含水层水量超采等 j。在中国, 采煤矿区居民的身体健康至关重要,应予以高度关注。从研 究现状来看,针对地下水的研究,目前主要集中于以地下水 为饮用水源的城市地区的水质分析与评价 “ ,而对农村 61%的城市以地下水作为饮用水源,在多种污染源作用下, 我国浅层地下水污染严重且污染速度快L5]。目前我国地下 水污染十分严重,点源污染不断增加,非点源污染日渐突出, 水污染加剧的态势尚未得到有效遏制 。据环保部门调查 统计,我国已有118个大中型城市地下水受到了污染,有近 地下水水质开展研究的较少u J。本文在对安徽北部农村 地区地下水中cd,Cr,Cu,Zn,Pb,Ni和Mn七种重金属含量特 征进行分析的基础上,利用修正的内梅罗指数法对水质进行 了评价,以期为研究区水资源规划管理和农村居民用水水源 [收稿日期】 2015—08—17 [基金项目] 安徽省高校自然科学研究项目(KJ2013B291)、国家级大学生创新创业训练计划项目(201410379008)、宿州 区域发展协同创新中心青年人才培养开放课题(2O14szxTQP10)和宿州学院第八届大学生科研项目(KYL XLKZD14—05)共同资助。 [作者简介] 王思维(1991一),男,安徽淮南人,主攻方向:环境监测。 助教,主要从事环境水文地球化学研究工作。 [通讯作者] 林曼利(1984一),女,安徽宿州人,l8 37卷 第6期 地下水 2015年11月 地的选择提供参考。 采样点现场测试,其中pH由便携式pH计(Bante220型)测 定,T、TDS和Ec由水质检测笔(HM,COM一100)测定。样品 带回实验室后,经0.45 m孔径滤膜过滤,加入优级纯HNO 1研究区概况 皖北地区地处淮河及其以北地区,位于E1l4。55 118。 调pH≤2,处理后的样品储存于4 ̄C冷藏备用。重金属采用 原子吸收分光光度计(普析,TAS一990FG)测定,其中Mn、Zn 和Ni采用火焰法,cd、cr、cu和Pb采用石墨炉法,定量方法 采用外标法。 10,'N32。25 ~34。35之间,为黄淮海平原南端。北部临山东、 江苏、河南三省,地辖淮南,蚌埠,阜阳,亳州,宿州,淮北六个 地级市,区域总面积为64 154 km ,国土面积约占安徽省总 量的1/3,人口3 100万,约占安徽省的1/2[1 ,其中农村人 口约为1 900万¨ 。区域内主要为暖温带季风气候,大部分 地区年降水量小于800 mm,气候较为干旱。本区域内煤炭 资源丰富,煤种齐全,全省含煤面积1.8万km ,占全省总面 积的13%。区域内有淮南矿业、淮北矿业、国投新集和皖北 煤电等安徽四大煤炭企业,主要重工业为煤炭的开采及其相 关产业,是我国重要的煤炭生产和发电基地之一。 2样品采集与测试 2.1样品采集 褥4 ̄Is2-S.。 宿 ./鳏黼 ≥一:。 斛怀 风 .. . S10 12--,9-S2 ̄ …S 16-S 。V '- 本次研究共采集26个农村地下水样品,采样时间集中安 排在2013年5月。采样方法为随机采样,一般从压水井直 接取样,采样深度在15—200 1TI之间,采样点的分布如图1 所示。取样时先抽洗5 rain,之后用聚乙烯塑料瓶润洗3次, 图1 安徽北部地区农村地下水采样点分布图 3结果与讨论 3.1重金属含量特征 采样容量为1 000 ml,装满密封后,于24 h内带回实验室进 行处理。 2.2指标测试 经过检测,各采样点的重金属含量实测数据分析结果列 于表1。 水样的T、pH、总溶解性固体(TDS)和电导率(Ec)在各 表1 重金属含量测试数据分析 mg/L 由表1可知,研究区地下水中Mn的含量范围为:0.001 0—0.248 0 m昏/L,Zn的含量范围为:0.002 6—1.089 2 ms/ L,Cu的含量范围为:0~0.020 8 Ing/L,Pb的含量范围为: 0.000 9—0.014 7 ms/L,Cd的含量为:0~0.002 9 in L,Ni 的含量范围为:0.000 6—0.116 8 mg/L,Cr的含量为:0.000 水卫生标准》GB5749—2006中Ⅲ类水质标准值(0.1 mg/L) 的2.48倍。许光泉等[21 于2008年对安徽淮北平原浅层地 下水水质特征进行了分析研究,结果表明浅层地下水中Mn 含量为0.01~1.05 mv'L,最大含量超出GB5749—2006中 Ⅲ类水质标准值的10倍;周锴锷等 在2013年对淮河流域 平原区浅层地下水Mn的分析研究中表明埋深0—50 111地下 水中,重金属Mn的含量为0.1—1.94 mg/L,最大含量是 GB5749—2006中Ⅲ类水质标准值0.1 mg/L的19.4倍。综 合对比,本文研究结果与前人研究结论基本一致。水中Ni最 1~0.008 7 mg/L。七种检测指标含量均值大小为:Zn>Mn >Ni>Cu>Pb>Cr>Cd。刘进 于2008—2009年在淮北 平原采集了151个浅层地下水水样,并对其进行重金属含量 测定,其结果表明重金属均值大小顺序为Zn>Mn>Cu>Pb >Ni>Cd,除Ni的含量大小与本研究有一定差异外,其他含 量特征与本文研究结果一致;林曼利等 于2012年在皖北 四个矿区采集了59个水样,进行重金属的测定,结果表明, 大浓度值为0.116 8 mg/L,是生活饮用水标准值的5.84倍, 超标含量较高。刘进 研究表明淮北平原地下水中Ni的最 大浓度为0.050 5 m L,是生活饮用水标准值的2.5倍,也 与本文研究结果一致。zn最大浓度为1.089 2 Ill-g/L,是生活 饮用水标准值的1.089 2倍;Pb最大浓度为0.014 7 mg/L, 是生活饮用水标准值的1.47倍;Cu、Cd和cr的最大浓度分 别为0.020 8 Ing/L、0.002 9 mg/L和0.008 7 ms/L。通过对 重金属均值大小顺序为Zn>Ni>Pb>Cu>Cr>Cd,除Pb和 cu的含量大小存在一定的差异,其他含量与本文研究结果一 致。结合前人的研究成果可以得出,安徽北部地下水中,zn、 Mn和Ni的含量一般较大,而cr和Cd的均值则相对较小。 所测样品中Mn最大浓度为0.248 0 n3tg/L,是《生活饮用 比可以得出,研究区地下水中Mn和Ni的浓度高,超标量较 19 37卷 第6期 地下水 2015年11月 大,zn和Pb超标量相对较小,而Cu、Cd和Cr则均未超标。 在七种检测指标中,Mn、Zn和Ni三种重金属标准差较 内梅罗指数。 修正的内梅罗指数计算公式主要包括污染因子权重值的 大,表明三种重金属物质的离散程度比较大,说明可能受到 了点源的扰动;而Cu、Pb、Cd、Cr四种重金属物质标准差较 小,表明四种金属物质的离散程度较小,差异不大,说明可能 主要源自自然环境赋存或者受到了面源扰动 。在七种 检测指标中,Ni、Mn、Zn和Pb四种重金属都有在不同的采样 点中的含量超过了标准值,超标率分别为15.39%、11.54%、 3.85%和3.85%,而cu、cd和Cr三种重金属超标率均为0。 计算,加权平均的计算和修正后的内梅罗指数计算,其计算 公式分别见式(3)、式(4)和式(5)。在计算过程中,首先根 据研究区地下水的用途判断地下水的质量标准等级,将污染 物因子的排放标准值Ii按从大到小的顺序进行排列,将 Iimax与Ii的比值作为第i种污染物在评价方法中的相关性 比值。式(3)一式(5)中,wi为第i种污染因子的权重值, 桂和荣等 于2002年对淮南市浅层地下水中的重金属进行 Iimax为污染因子中的最大值,Ii为污染因子中的标准值,“ 表示污染因子个数,P表示修正后的内梅罗指数。其计算方 分析研究,其结果表明cu,zn,Pb,Hg,cr和cd六种重金属中 仅Pb超标,超标率为1.33%,与本次研究所得出的cu,cd, cr超标率为0和Pb的超标率为3.85%的结论比较一致,说 明安徽北部地区已经有了部分地区开始出现Pb污染的状 况。Mn和Ni超标率较高,超标率分别为11.54%和 15.39%。何晓文等 于201 1年对淮南矿区浅层地下水开 展了水质分析与评价研究,结果表明Mn和Ni也有超标现 象,其中二者超标率分别为46.92%和3.85%。针对安徽北 部农村地下水,26个采样点中共有5个采样点检测出重金属 含量超出标准值,总体超标率为19.23%。 3.2重金属污染评价 在本次研究,主要考虑的是地下水是否可以作为农村居 民直接饮用水水源,因此在进行农村地下水重金属水质评价 时,选用《生活饮用水卫生标准》GB5749—2006Ⅲ类水质标 准作为本次水质评价的标准。在水质评价中,评价方法有很 多,通常根据不同的评价指标和评价因子的数量等因素来确 定具体的评价方法。就总体而言,在水质评价中常用的评价 方法主要有单因子指数法,模糊综合法,内梅罗指数法及修 正后的内梅罗指数法等。其中,单因子指数法能够直观清晰 的反映出影响水质的污染因子,同时可以对单个独立指标进 行灵活的评价,但是评价等级会受到高浓度指标对的影响, 从而无法良好地对研究区的水质进行综合评判,故在水质评 价中存在一定的缺陷 。模糊综合法通过构造合适的隶属 函数,通过数学运算的方法来反映水质界限的模糊性,更能 够客观地反映水质的真实性和污染状况,但构造隶属函数和 权重矩阵时,方法难以构造,数学计算量大且繁琐[281。内梅 罗指数法是一种突出最大值的计权型多因子环境质量指数 法,考虑了污染较为严重的因子,又在数学加权计算的运算 过程中避免了人为主观因素对权重系数的影响,是一种应用 广泛的水质评价方法 。本文在对研究区的水质评价中, 采用了应用广泛的内梅罗指数评价方法。为了在计算过程 中避免传统的内梅罗指数法中过大污染因子和各污染因子 对人体危害不同的权重对水质评价的影响,故采用了修正后 的内梅罗指数法对研究区展开水质评价。 传统内梅罗指数的计算方法如下所示: L。i=Ci/C。。 (1) (2) 式(1)和式(2)中:L 表示实测浓度与标准浓度之比;C。 表示第i种污染物的实测浓度,mg/L;c。 表示第i种污染物第 j种评价等级标准,mg/L;Cimax表示多种污染物因子中的最大 浓度,rag/L;c平均为多种污染物因子的平均浓度,mg/L;P 为 20 法 ” 如下: w。:士 (3) Ii ̄.x/Ii c加权平均= (L ×w。)/n (4) (5) 本文评价指标选用《生活饮用水卫生标准》GB5749— 2006中Ⅲ类水质标准为基础划分污染等级,利用上式,计算 得出修正后的内梅罗指数的地下水评价分级标准见表2。 表2地下水评价分级标准 根据实验检测数据、水质等级标准和评价模型计算得到 的结果(LIi,w ,C… ,C加权平均和P)列于表3。 由表3可知,通过Li 值发现,研究区内的采样点中s1、 s2、s3、s6和S10等五地检测出了单项重金属指标超出饮用 水Ⅲ类水卫生标准,分别是Mn、Zn、Pb和Ni四中重金属元 素,尚未对地下水综合水质造成影响,其中以重金属Mn,Ni 和Pb表现较为明显,如s6中重金属Mn实测浓度是标准值 的2.48倍,s2中重金属Ni实测浓度是标准值的3.43倍, S10中重金属Ph实测浓度是标准值的1.47倍。采样点S15 的P=0.771 9,在0.739<P≤1之间,说明该地区地下水水 质已经受到了重金属的轻度污染,地下水可能已经不可以再 直接作为饮用水水源。研究区内其他25个地下水采样点的 P均小于0.624,水质状况为清洁,地下水水质总体未出现重 金属污染,尚且可以继续直接作为饮用水水源,但研究区水 质问题应予以重视。 4 结语 (1)与《生活饮用水卫生标准》Ⅲ类水质标准值相比,安 徽北部农村地区地下水重金属元素中,Mn,Zn,Ni和Pb四种 重金属出现超标现象,超标率分别为11.54%、3.85%、 3.85%和15.39,而Cu、Cd和Cr三种重金属均未超标。 (2)根据水质评价结果,研究区大部分农村地下水水质 较好,可直接作为居民生活饮用水水源,但个别采样点地下 水水质已受到了重金属的影响,采样点S15(皖阜阳市颍上县 双集)的内梅罗污染指数P=0.771 0,水质评价结果为轻度 污染。 (3)地下水水质事关广大农村居民饮水健康,有关部门 [4]Murkute YA.Hydrogeochemical characterization and quality assess— 参考文献 [1]Bahar MM,Reza MS.Hydrochemical characteristics and quality as— sessment of shallow groundwater in a coastal area of Southwest Bangla- ment of groundwater around Umrer coal mine area Nagpur District. 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(下转第49页) 21 37卷 第6期 地下水 2015年11月 井水有了深刻的认识,要通过市场经济行为引导企业,积极 展工业用水、扩大市政用水、增加生态环境、农业灌溉用水。 利用矿井水,将来为矿井水推广利用提供借鉴。 5.2经济效益 水行政主管部门要依法按照取水许可条例办理取水申请,鼓 励使用矿井水源替代部分工业、生态、市政、农业用水。 6.2重点工程 一工程效益明显,矿井水利用的直接效益主要体现在供水 工程投资的节省。从一次性工程投资分析,建设一个年供水 200万nl 的中型水利工程需要投资1.5亿元,而同样供水能 是矿井水工程建设。重点是西安矿一井旧巷道地下水 处理工程,拟建梯级提水泵站一座,处理能力7 000 ITI /d的 净水处理站一座,1 000 m 调节水池一座,送水泵房一座。 二是辽源国家矿山湿地矿井水引水工程。辽源国家矿山 湿地公园总投资2O亿元,总面积17.65 km。,共划分为矿业 力的矿井水源建设投资最多需要0.800亿元,至少节省 0.700亿元。 用水户节约水费,建筑行业使用矿井水,水费自然会比 自来水水费要低,这样就能大大减少用水户的水费。棚户区 改造项目一年可节约水费380万元。 文化中心休闲区、湿地生态区、矿山地质博物馆区等18个功 能区。本工程的供水水源来自矿井水、市政管网、大气降水。 增加了煤炭企业的经济效益,解决了矿井下采煤安全问 题。促进了煤炭企业快速发展,降低了生产成本,增加了煤 炭企业的经济效益。洗煤厂一年可节约水费5O万元。 5.3生态效益 7 结语 辽源市矿井水利用目前尚处在起步阶段,一是需要在政 策上给予一定的支持,加大政策与法律法规的力度;二是合 矿井水利用将减少地表水资源的消耗,节约用水,提高水 环境质量。同时,对未来恢复水体的生物生态圈的良性循环有 巨大的推动作用。控制其对水环境质量产生的直接影响,从而 也就会使水体被破坏的生态系统和功能得到一定的修复。 取用矿井水解决了水资源再利用问题,保护了地下水资 源。矿井水综合处理改造后改善了矿区生产生活条件推动 了矿区的经济发展,对促进矿区物质文明和精神文明建设, 提高人民生活水平,改善生态环境等方面,有着显著的作用。 理确定矿井水价格,处理好传统水价、矿井水水价、水资源费 的关系。三是采取措施强制使用矿井水,工业企业在规划布 局选址、新建时要优先考虑使用矿井水;四是按照基本建设 程序做好前期工作,加快矿井水输水管道系统和处理设施建 设。通过矿井水开发利用示范,将会提高水资源利用效率, 有利于促进经济社会可持续发展。 参考文献 [1]辽源市人民政府.辽源市节水型社会建设规划.2009. 6矿井水利用示范规划 6.1矿井水利用方向 [2]辽源市水资源管理办公室.辽源市非常规水源利用现状调查评 价及管理政策制定.2010. 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