許昌市區地下水氟含量特征研究

徐永新

(許昌學院 城鄉規劃與園林學院,河南 許昌 461000)

氟是人體中一種重要的非金屬鹵族元素，飲用水是人體攝氟的主要方式之一，飲用水中氟含量的高低直接影響著人體健康.當飲用水中含有適量的氟時，可促進骨骼和牙齒的健康生長發育，也有利于神經系統的傳導和酶系統的正常活動；而當飲用水中氟含量超標時，人體將出現氟中毒現象，主要表現為氟骨病和氟斑牙[1，2].根據相關統計，全國范圍內共查出近1 000個縣中71 000多個自然村有氟中毒發病現象，受威脅人口達到727萬，氟斑牙患者2 100多萬人，氟骨病患者100多萬人[3].

河南省是地氟病患病大省，雖然地氟病近些年來得到一定的控制，但是總體情況依然不容樂觀[4].許昌市屬于飲水型地方性氟中毒病區，申寶霞的研究表明，許昌市在20世紀80年代就開始興建降氟改水工程，通過降低飲水氟含量防治地氟病取得了一定成效，但是，對鄢陵縣、建安區、長葛市以及魏都區4個縣(市、區)所有已建降氟改水工程進行調查表明，水氟超標現象依然存在，嚴重影響了當地居民的身體健康[5].因此，為保障居民生活、工業化及農業化的正常運行，有必要對許昌市區不同地點的地下水氟含量特征進行系統研究，有助于了解許昌市地下水氟含量特征并提出相應的防治依據.

1 材料和方法

2016年3月5日至15日進行地下水樣采集，根據許昌市區的區域范圍、地下水的用途及氟中毒分布等因素設計采樣點，將水樣采集區劃分為北、西、中、西南、東南五個區域，共設置20個采樣點.采樣點分別位于許昌市區的半截河鄉、文峰街道、丁莊街道、西大街街道、高橋營街道、七里店街道、許昌經濟開發區七個街道辦事處(圖1).

本研究所采集的地下水主要用途是居民飲用水、農業用水以及日常飲食三種形式.采樣容器選用聚乙烯塑料瓶，采樣前，用采樣水反復清洗5次，再進行取樣，每個采樣點取1個平行樣品.取樣后，立即用蠟封好瓶口，貼上標簽并盡快放置實驗室冰箱待測.樣品中氟含量采用氟離子選擇性電極法測試.

2 結果與分析

2.1 許昌市區地下水氟含量水平特征

實驗結果表明，許昌市區地下水中均檢測出氟化物，檢出率為100 %.總體而言，許昌市區氟含量為0.04～1.27 ug·mL-1，最高值與最低值相差約30倍，平均值為0.78 ug·mL-1，氟含量值見表1，地下水氟含量超標率為25 %.同時，對20份樣品的平行樣品進行檢測，平行樣品與原樣品檢測數據結果一致.

圖1 許昌市地下水采樣點

編號街道辦事處(鄉、鎮)采樣點氟含量/(ug·mL-1)1半截河鄉焦莊0.802申莊0.043馬崗村1.094文峰街道毓秀新區0.835丁莊街道洞上村0.686北關村0.577半截河鄉趙灣村0.718西大街街道關帝新村0.929高橋營街道老吳營村0.4610板橋村1.0911俎莊0.6812七里店街道五郎廟村0.8113吳莊1.2714孫莊0.7915付夏齊0.9216孫廟村0.8617許昌經濟開發區徐莊1.1018羅莊1.1319七里店街道董莊0.5820新興街道裴山廟0.29平均值0.78變異系數38.36%

生活飲用水衛生標準(GB5749—2006)規定，飲用水中氟含量<1.0 ug·mL-1為正常，≥1為高于國家飲用水氟含量標準[6].由表1可以看出，研究區地下水氟含量的平均值為0.78 ug·mL-1，低于國家飲用水標準，同時，20個樣品氟濃度變異系數為38.36%，說明地下水氟濃度較為均勻.在20個水樣中，氟濃度低于1.0 ug·mL-1的樣品有15個，占全部的75%；氟濃度高于1.0 ug·mL-1的水樣有5個，占全部的25%，超標水樣氟濃度平均值為1.14 ug·mL-1，濃度值介于1.09～1.27 ug·mL-1，變異系數為6.73%，說明超標水樣氟濃度變化很小.水樣中氟濃度最高的點位于七里店街道的吳莊村，為1.27 ug·mL-1；最低點位于半截河鄉的申莊村，為0.04 ug·mL-1.

2.2 許昌市區地下水pH值水平特征

實驗結果表明：研究區地下水樣pH值為7.10～7.78，平均值為7.40，其中最高值為7.78，位于新興街道裴山廟村；最低值為7.10，位于許昌經濟開發區徐莊.20個水樣pH值的變異系數2.06%，說明水樣pH值變化差異性很小(見表2).20個水樣中7.0～7.3的有5個，占全部水樣的25%；大部分水樣pH值集中在7.3～7.6，有水樣14個，占全部水樣比例的70%，平均值為7.21；在7.6～7.8這個較高范圍內，只有一個水樣，位于新興街道裴山廟村.依據《生活飲用水衛生標準》(5749-2006)中規定pH值國家規定范圍在6.5～8.5，表明研究區地下水樣pH值均在正常范圍之內，符合國家標準[6].

表2 許昌市區地下水pH值水平統計表

2.3 許昌市區地下水氟含量與pH值相關性分析

已有研究表明，pH值是直接影響地下水氟含量的重要因素[7].在中性與偏堿性地下水中，氟的存在形式有10多種，隨著pH值的增大，F-所占的百分比也將增大.水中的Ca2+的活度在堿性、偏堿性水的影響下降低，因此，地下水中F-的聚集因抑制作用減弱，從而有利于地下水中F-的增多.由圖2可以看出，許昌市區地下水的pH值在7.0～8.0之間，而且，pH值與水氟含量的相關性不顯著.相關性分析表明，許昌市區地下水氟含量與pH值相關系數為-0.293 4，呈弱相關，即研究區域內pH值不直接影響水氟含量，而只是其中一個影響因素.

圖2 pH值與F-的關系

3 討論

3.1 許昌市區地下水氟含量水平及防治措施

許昌市區屬于地方性氟中毒地區，病區所覆蓋的人數較多，為了解決當地氟中毒的影響，在20世紀80年代，在政府主導下進行改水工程，經過三十年的努力，通過降低飲水中氟含量大大提高了農村居民飲用水質量，地方性氟中毒情況得到了很大的改善，控氟和降氟取得了很大的成績.本次研究結果表明：許昌市區地下水氟含量水平基本正常，濃度變化范圍在0.04～1.27 ug·mL-1之間，平均值為0.78 ug·mL-1，低于《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006)氟化物毒理指標1.00 ug·mL-1，屬于達標.但在研究過程也發現：發現被檢測的20個采樣點中，其中5個采樣點的氟含量指標大于1.00 ug·mL-1，它們分別是馬崗村、板橋村、五郎廟、吳莊村、徐莊村和羅莊村，超標率為25%.這說明地氟病控制在取得較大成功的同時，部分地區仍然不容樂觀，特別是改水工程已經不能正常運行且地下水氟含量超標地區.地下水氟含量的高低關系著千家萬戶的健康，因此需要建立可持續的地下水氟含量監測和管理機制，是今后地氟病防治工作中應值得高度重視的課題.另外，各級政府應當高度重視此項工作，加大管理力度；同時，各級部門和疾病預防控制機構應加強地氟病危害的宣傳教育，使人民群眾了解地氟病防治知識，同時應教育病區群眾自覺維護并管理好降氟改水工程,從而達到防治地氟病的目的[8].

3.2 許昌市區地下水氟含量超標成因淺析

在野外調研的基礎上，通過對實驗數據進行整理分析研究，許昌市區20個采樣點中部分采樣點地下水的氟含量超標或低于正常水平，其中水氟超標的有半截河鄉轄區的馬崗村，高橋營轄區的板橋村，七里甸轄區的吳莊村，許昌經濟開發區的吳莊村和徐莊村.水氟含量過低的有半截河鄉轄區的申莊村，高橋營街道轄區的老吳營村，新興街道轄區的裴山廟村.許昌市區地下水符合飲用水標準的分布面積占全區面積的70%左右，而且主要分布在許昌市區內部區域.氟化物超標的地區主要分布在許昌市區的周邊地區；低氟地區主要分布在研究區的北部、東南、南部地區.水氟超標原因是許昌市區為溫帶大陸性季風氣候，在此氣候影響下，多年平均降水量為703.30 mm，多年平均水面蒸發量為1 200 mm,多年平均陸面蒸發量為550 mm.由于蒸發量大于降水量，區內蒸發濃縮作用十分強烈，從而使氟在地下水中富集；該地區為平原區，由于地勢平坦，地下水徑流非常緩慢，加上研究區地下水水位埋藏較淺，氟離子在蒸發作用下便在淺層地下水中濃縮富集；人類活動對地下水的過度開采破壞了含水層結構，改變了氟的遷移途徑進而使低氟含水層中氟含量增加[9].河南省高氟水源主要分布在河南省東部、東南部和東北部大范圍的黃河沖擊平原，以淺層地下水為主，許昌市區氟含量超標飲用水也以淺層地下水為主，分布范圍位于河南省高氟水源范圍內[10].

此外，通過本次研究對采集的地下水樣的酸堿度的進行測試，發現許昌市區地下水酸堿度正常，研究區域內地下水的pH值范圍在7.10～7.18之間，平均值為7.40，符合《生活飲用水衛生標準》(5749-2006).通過對酸堿度與氟含量水平的相關性分析，其相關系數為-0.293 4，說明pH值對氟含量水平的影響不明顯.

[1] 中國氟中毒研究中心.氟中毒[M].北京:中華北京出版社,2015.

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[6] 徐永新.大理洱源縣氟中毒地區高氟溫泉水中氟含量控制研究[J].環境科學與技術,2015,38(12):210-214.

[7] 張 威,傅新鋒,張甫仁.地下水中氟含量與溫度、pH值的關系-以河南省永城礦區為例[J].地質與資源,2004,13(2):109-111.

[8] 朱其順,許光泉.中國地下水氟污染的現狀及研究進展[J].環境科學與管理,2009,34(1):42-51.

[9] 段金葉,潘月鵬,付 華,等.飲用水與人體健康關系研究[J].南水北調與水利科技,2006,4(3):36-40.

[10] 余 波,張 莉,侯國強,等.河南省農村飲水氟含量調查結果分析[J].河南醫學研究,2010,19(2):231-235.