徐盛洪, 程全國(guó)

(沈陽大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽 110044)

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遼寧某地地下水中(重)金屬污染評(píng)價(jià)

徐盛洪, 程全國(guó)

(沈陽大學(xué) 區(qū)域污染環(huán)境生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 沈陽 110044)

采用單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法研究遼寧某地飲用水源地、垃圾填埋場(chǎng)和化工園區(qū)三個(gè)典型場(chǎng)地的地下水中9種(重)金屬污染情況.結(jié)果表明,飲用水源地地下水中有5種(重)金屬超標(biāo),采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)的等級(jí)為Ⅱ(尚清潔);垃圾填埋場(chǎng)的地下水中有3種(重)金屬超標(biāo),采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)的等級(jí)為Ⅱ(尚清潔);化工園區(qū)的地下水中有7種(重)金屬超標(biāo),采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)的等級(jí)為Ⅲ(超標(biāo)).

地下水; 重金屬; 單項(xiàng)污染指數(shù); 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)

隨著社會(huì)的發(fā)展,重金屬污染問題越來越引起人們的關(guān)注[1-2],因其是持久性有毒污染物,很難運(yùn)用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行治理.重金屬進(jìn)入水體的途徑很多,包括大氣沉降、工業(yè)廢水及城市生活污水的排放、礦產(chǎn)開采、地表徑流的匯入等[3].地下水污染一般包括地表水滲入、礦山堆場(chǎng)以及垃圾填埋場(chǎng)滲濾液的浸入等,當(dāng)重金屬污染物進(jìn)入水體后可由水相轉(zhuǎn)入固相,并最終進(jìn)入沉積物和地下水中,造成地下水污染[4].因地下水是農(nóng)村及城市郊區(qū)的主要飲用水源,所以地下水中的重金屬污染嚴(yán)重會(huì)直接危害人體健康.因此,用合理的評(píng)價(jià)方法,真實(shí)、準(zhǔn)確地反映水體質(zhì)量,是預(yù)防和解決地下水問題的基礎(chǔ)[5].水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究工作起步較早,目前應(yīng)用較多的方法包括單因子評(píng)價(jià)法[6]、灰色聚類法[7]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[8-9]、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法[10]等.其中,單因子評(píng)價(jià)法應(yīng)用最為成熟,原理簡(jiǎn)單,易于操作,但是評(píng)價(jià)結(jié)果過于單一,無法解釋水環(huán)境中復(fù)雜的內(nèi)在關(guān)系;灰色聚類法引入了灰色系統(tǒng)理論,綜合考慮了各因子間的關(guān)系,評(píng)價(jià)結(jié)果較好,但具有一定的人為主觀性;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法包括BP、Hopfield等不同的網(wǎng)絡(luò),考慮了各污染因子間的復(fù)雜關(guān)系,但不易操作;內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法是一種兼顧極值或稱突出最大值的計(jì)權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù).總之,各種評(píng)價(jià)方法均有優(yōu)缺點(diǎn),在實(shí)際水質(zhì)評(píng)價(jià)工作中,最重要的是根據(jù)研究目的找到合適的方法[11].本文以地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—93)為依據(jù),選用9種(重)金屬污染因子,采用單因子評(píng)價(jià)法和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法對(duì)遼寧某地飲用水源地、垃圾填埋場(chǎng)和化工園區(qū)三個(gè)場(chǎng)地的地下水中(重)金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià).

1 研究區(qū)域概況

遼寧某地位于遼東半島中部,地貌類型齊全,分區(qū)規(guī)整,分異規(guī)律清楚.地勢(shì)由高到低,從低山、高丘陵、低丘陵、臺(tái)地到平原,層次分明,海拔由1 km到50 m依次跌落,構(gòu)成了東南高,西北低的同向傾斜緩降地勢(shì).地處北溫帶,屬大陸性氣候,冬季寒冷,夏季炎熱,四季分明.

1.1 飲用水源地概況

飲用水源地1995年8月投入使用,所能服務(wù)人口為7萬人.該飲用水源設(shè)計(jì)每年取水量1 460萬t,實(shí)際取水量1 244.1萬t.該飲用水源地分為一級(jí)水源和二級(jí)水源,一級(jí)保護(hù)區(qū)以水井中心100 m為半徑所圍成的外包線區(qū)域,面積0.13 km2,占總保護(hù)區(qū)面積的3.3%.所有井的二級(jí)保護(hù)區(qū)均以一級(jí)保護(hù)區(qū)邊界為起點(diǎn),外徑距離1 000 m所圍成的外包線區(qū)域,二級(jí)保護(hù)區(qū)面積為3.796 km2,占總保護(hù)區(qū)面積的96.7%.

1.2 垃圾填埋場(chǎng)概況

市中心區(qū)生活垃圾無害化處理場(chǎng)始建于2001年,一期總投資3 700余萬元,占地面積約30 hm2,總庫容量為375.4萬m3,使用年限為18～20年,日處理垃圾300 t.該市中心區(qū)垃圾無害化處理場(chǎng)實(shí)行新的垃圾處理填埋工藝,將生活垃圾由市內(nèi)3個(gè)城區(qū)環(huán)衛(wèi)處負(fù)責(zé),集中裝車壓縮后,運(yùn)到該垃圾處理場(chǎng)進(jìn)行處理后填埋,污水經(jīng)導(dǎo)流管排入調(diào)蓄池后進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理.填埋區(qū)產(chǎn)生的氣體經(jīng)導(dǎo)氣管收集后導(dǎo)出,符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境衛(wèi)生的要求.

1.3 化工園區(qū)概況

化工園區(qū)自1993年10月開始建設(shè)并使用至今.飲用水源地、垃圾填埋場(chǎng)和化工園區(qū)三個(gè)場(chǎng)地一共35個(gè)采樣點(diǎn)情況見表1.

表1 采樣點(diǎn)編號(hào)、高程

注:— 表示未測(cè)量.

2 研究方法

2.1 采樣和測(cè)定方法

采樣時(shí)間為2015年10月,分別對(duì)三個(gè)研究區(qū)域附近的35個(gè)監(jiān)測(cè)井中的地下水進(jìn)行取樣和分析,參照監(jiān)測(cè)項(xiàng)目分析方法[12],對(duì)地下水中鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉻(Cr6+)、鎘(Cd)、鉬(Mo)、汞(Hg)、鈷(Co)、鈹(Be)9種金屬元素含量進(jìn)行測(cè)定,其中重金屬元素有銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鈷(Co)5種.具體方法見表2.

表2 項(xiàng)目測(cè)定方法

2.2 地下水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

采用地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 14848—93)中單項(xiàng)污染指數(shù)法來對(duì)地下水中的(重)金屬污染程度進(jìn)行分析評(píng)價(jià),然后利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)該區(qū)域(重)金屬的污染等級(jí).

(1) 單項(xiàng)污染指數(shù)法.為了分析各(重)金屬的污染程度,可利用單項(xiàng)污染指數(shù)法[13],公式如下:

(1)

(2)

(2) 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法.為了綜合評(píng)價(jià)該市地下水總體(重)金屬的污染程度,選擇內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法進(jìn)行分析[14].內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法的計(jì)算公式為:

(3)

式中:P綜為綜合污染指數(shù)(綜合反映各污染物對(duì)區(qū)域地下水的不同作用);P平均為所有單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值;Pmax為地下水環(huán)境中各單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值.

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3.

表3 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 單向污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

將取出的地下水,用表2測(cè)定項(xiàng)目與方法檢測(cè)出相應(yīng)的(重)金屬含量值,再通過式(2)計(jì)算得到相應(yīng)的(重)金屬污染起始值,見表4.

用表2測(cè)定項(xiàng)目與方法檢測(cè)出相應(yīng)的(重)金屬含量值,通過式(1)計(jì)算得到(重)金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)(見表4).

由表4可知,

遼寧某地地下水中(重)金屬元

注:— 表示未檢測(cè)出

素污染情況如下,水源地區(qū)域內(nèi)金屬超標(biāo)有5種;垃圾場(chǎng)區(qū)域內(nèi)金屬超標(biāo)有3種;化工區(qū)區(qū)域內(nèi)金屬污染超標(biāo)較為嚴(yán)重有7種.

若Pi>1,則表示該區(qū)域受到污染.從圖1可以看出,水源地區(qū)域內(nèi)金屬元素鐵、六價(jià)鉻、鎘、鉬、汞均超標(biāo),致使水源地地下水污染.其中SY3采樣點(diǎn)(井)的金屬超標(biāo)數(shù)最多;其中銅、鋅、鎘和鉬元素在各樣品中均出現(xiàn),說明污染已經(jīng)在區(qū)域內(nèi)普遍存在;六價(jià)鉻雖然出現(xiàn)超標(biāo)但僅在一個(gè)點(diǎn)位,其余點(diǎn)位均未檢出.

圖1 水源地(重)金屬單項(xiàng)污染指數(shù)分布圖

從圖2可以看出,垃圾場(chǎng)區(qū)域地下水中金屬元素鐵、鎘、鈹出現(xiàn)超標(biāo)情況,導(dǎo)致垃圾場(chǎng)地下水污染.其中LJ5采樣點(diǎn)(井)有兩種金屬超標(biāo),LJ1中鐵的超標(biāo)情況僅出現(xiàn)在一個(gè)點(diǎn)位,其余點(diǎn)位均遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn);銅、鋅、鉬在各點(diǎn)位中均出現(xiàn)但均未超標(biāo).

從圖3可以看出,化工區(qū)地下水中除了金屬銅和鋅未超標(biāo),其余金屬均超標(biāo).其中CDK13采樣點(diǎn)(井)中的六價(jià)鉻嚴(yán)重超標(biāo),但超標(biāo)僅為一處,其余均未檢出;SC8采樣點(diǎn)(井)中的鈹、汞嚴(yán)重超標(biāo),遠(yuǎn)高于其他區(qū)域點(diǎn)位.很明顯,化工區(qū)地下水中(重)金屬超標(biāo)情況導(dǎo)致該區(qū)域地下水污染.

圖2 垃圾場(chǎng)(重)金屬單項(xiàng)污染指數(shù)分布圖

圖3 化工區(qū)(重)金屬單項(xiàng)污染指數(shù)分布圖

3.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法結(jié)算后得到評(píng)價(jià)等級(jí)見表5.由表5可知,水源地地下水中(重)金屬的污染情況利用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法計(jì)算后顯示,3種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅰ(清潔),6種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔),最終評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔);垃圾場(chǎng)地下水中(重)金屬的污染情況評(píng)價(jià)顯示,2種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅰ(清潔),7種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔),最終評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔);化工區(qū)地下水中(重)金屬的污染情況評(píng)價(jià)顯示,6種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔),3種金屬評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ(超標(biāo)),最終評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ(超標(biāo)).

表5 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)等級(jí)

3.3 各金屬污染擴(kuò)散趨勢(shì)結(jié)果

利用surfer 8軟件得到各金屬污染擴(kuò)散趨勢(shì)如圖4～圖12所示,其中黑圈內(nèi)(黑點(diǎn))表示超標(biāo)區(qū)域,白線表示濃度范圍.

從圖4可以看出,金屬鐵在化工區(qū)和垃圾場(chǎng)均存在超標(biāo)情況,在化工區(qū)超標(biāo)引起的污染范圍擴(kuò)散明顯;圖5能明顯看出,金屬銅廣泛存在于三處區(qū)域,但是濃度未超標(biāo),金屬銅濃度擴(kuò)散趨勢(shì)明顯,不加防范會(huì)對(duì)地下水造成污染;圖6中金屬鋅存在于三區(qū)域內(nèi),金屬鋅濃度呈上升趨勢(shì),但濃度均未超標(biāo),可能會(huì)造成地下水污染;圖7可以看出,六價(jià)鉻在水源地和化工區(qū)存在超標(biāo)情況;圖8可以看出,金屬鎘在三個(gè)區(qū)域均出現(xiàn)超標(biāo);圖9中金屬鉬在水源地和化工區(qū)出現(xiàn)超標(biāo);圖10中,金屬汞在水源地和化工區(qū)內(nèi)有超標(biāo);圖11中,金屬鈷在化工區(qū)出現(xiàn)超標(biāo);圖12中,金屬鈹濃度超標(biāo)出現(xiàn)在垃圾場(chǎng)和化工區(qū).

圖4 金屬鐵污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖5 金屬銅污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖6 金屬鋅污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖7 金屬鉻(六價(jià))污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖8 金屬鎘污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖9 金屬鉬污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖10 金屬汞污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖11 金屬鈷污染擴(kuò)散趨勢(shì)

圖12 金屬鈹污染擴(kuò)散趨勢(shì)

4 結(jié)果與討論

通過單項(xiàng)污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法,對(duì)某市三個(gè)典型區(qū)域地下水中的(重)金屬污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析,從而客觀地了解到地下水中的9種(重)金屬元素的分布、超標(biāo)數(shù)以及分布,得出三個(gè)區(qū)域的(重)金屬的污染程度,(重)金屬的毒性是持久的、可富集的,其對(duì)環(huán)境的影響不容忽視.

結(jié)果表明,對(duì)飲用水源地地下水中(重)金屬污染評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔),其地下水中超標(biāo)的有鐵、六價(jià)鉻、鎘、鉬、汞5種(重)金屬,其中鎘、汞為重金屬.通過調(diào)查當(dāng)?shù)匚墨I(xiàn),以及對(duì)該水源地地下水中數(shù)據(jù)的檢測(cè),參考《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006),對(duì)該地地下水采用《地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14848—93)中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)鐵超標(biāo)3倍、六價(jià)鉻超標(biāo)10倍、鎘超標(biāo)10倍、鉬超標(biāo)249倍、汞超標(biāo)215倍.水源地各采樣點(diǎn)中(重)金屬超標(biāo)出現(xiàn)在不同的點(diǎn)位中,就單項(xiàng)看污染情況較為嚴(yán)重,從整體看存在受污染的風(fēng)險(xiǎn),建議在水源地周邊增加幾處監(jiān)測(cè)井,以便隨時(shí)檢測(cè),及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)污染原因并進(jìn)行治理;為了防止水源地污染對(duì)周邊人畜造成危害,可在水源地周邊增加水處理設(shè)備;加強(qiáng)宣傳對(duì)水源地的保護(hù),防止水質(zhì)進(jìn)一步惡化.

對(duì)垃圾填埋場(chǎng)地下水中(重)金屬污染評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅱ(尚清潔),其地下水中超標(biāo)的是鐵、鎘、鈹3種(重)金屬.根據(jù)對(duì)該垃圾場(chǎng)文獻(xiàn)的調(diào)研評(píng)估,采用《地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14848—93)中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)垃圾場(chǎng)地下水進(jìn)行評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)鐵超標(biāo)5倍、鎘超標(biāo)1 007倍、鈹超標(biāo)11 004倍.垃圾場(chǎng)的地下水污染情況尚未明確,還需后續(xù)的調(diào)查研究.垃圾場(chǎng)的7個(gè)采樣點(diǎn)中(重)金屬部分出現(xiàn)超標(biāo)情況,但每種超標(biāo)的金屬出現(xiàn)在不同的點(diǎn)位,從整體來看污染情況樂觀,但仍需加強(qiáng)對(duì)垃圾場(chǎng)周邊環(huán)境的保護(hù)、監(jiān)管,并預(yù)防垃圾滲濾液的泄漏.

對(duì)化工園區(qū)的地下水中(重)金屬污染評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅲ(超標(biāo)),其地下水中有7種(重)金屬超標(biāo),致使地下水污染,超標(biāo)的(重)金屬分別是鐵、六價(jià)鉻、鎘、鉬、汞、鈷、鈹,其中鎘、汞、鈷為重金屬.對(duì)該化工區(qū)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行調(diào)查評(píng)估后,采用《地下水質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14848—93)中三級(jí)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)化工區(qū)地下水評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),鐵超標(biāo)3.5倍、六價(jià)鉻超標(biāo)43倍、鎘超標(biāo)115倍、鉬超標(biāo)11倍、汞超標(biāo)936倍、鈷超標(biāo)18倍、鈹超標(biāo)11 507倍.化工區(qū)的金屬超標(biāo)情況比較嚴(yán)重,急需對(duì)化工區(qū)地下水進(jìn)行進(jìn)一步采樣分析,提出相應(yīng)的污染治理措施.對(duì)化工園區(qū)的地下水加強(qiáng)管理,并采取相應(yīng)的修復(fù)措施是必不可少的,也是刻不容緩的.

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【責(zé)任編輯: 趙 炬】

Evaluation of (Heavy) Metals Pollution of Groundwater in Some Place in Liaoning Province of China

XuShenghong,ChengQuanguo

(Key Laboratory of Regional Environment and Eco-Remediation (Ministry of Education), Shenyang University, Shenyang 110044, China)

Based on the single pollution index method and Nemerow pollution index method, 9 kinds of heavy metals pollution in groundwater in three typical sites of Liaoning Province, waterhead area, landfill and chemical industry area, are researched. The results show that, 5 kinds of heavy metals in groundwater of headwater area exceed bid, and it is in grade Ⅱ(still clean) evaluated by using Nemerow pollution index method; 3 kinds of heavy metals in groundwater of landfill exceed bid, and it is in grade Ⅱ(still clean) evaluated by using Nemerow pollution index method, 7 kinds of heavy metals in groundwater of chemical industry area exceed bid, and it is in grade Ⅲ (exceeds bid) evaluated by using Nemerow pollution index method.

groundwater; heavy metals; single pollution index; Nemerow pollution index

2016-09-26

中華環(huán)境保護(hù)基金會(huì)格平綠色行動(dòng)-遼寧環(huán)境科研“123工程”資助項(xiàng)目(CEPF2014-123-2-10).

徐盛洪(1991-),男,遼寧莊河人,沈陽大學(xué)碩士研究生; 程全國(guó)(1966-),男,遼寧沈陽人,沈陽大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

2095-5456(2016)06-0467-07

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