地下水重金屬污染特征及水質檢測常量分析

蔣 晶，柴 森

（1.山西省第二水文地質工程地質隊檢測中心，山西 侯馬 043007；2.內蒙古大學生態與環境學院，內蒙古 呼和浩特 010070）

水作為人們生活與工作正常運行的保障資源，其質量狀況影響著人們正常用水安全。尤其對于水資源短缺的山西省內大部分礦區，實施礦區地下水資源特征研究與水質檢測常量分析，一定程度上緩解礦區及城市地下水供給緊張狀況，也可以較大程度降低礦區開采對水資源的威脅，促進該地區經濟快速發展。隨著工業化經濟的迅猛發展，礦產資源的利用開發促進了當地社會經濟發展的同時帶動了當地居民生活水平的有效提高。但是，大力開發當地礦產資源一定程度上導致礦山環境受到嚴重污染，破壞了當地自然資源的平衡，尤其是地下水資源受到重金屬的污染。由于礦山大量開采使得原有深埋于山體中的礦石裸露于地表之上，提升了礦石中的大量重金屬元素向周圍環境釋放的可能性；開采礦產所產生的廢渣、廢水滲透進周圍地表，與地下水、土壤結合，給當地的生態環境造成重金屬污染，并經由地下水系統進入人們日常生活，最終將危害人們身體健康。

從地下水重金屬污染特征角度進行分析，對礦石產量大省的山西大同進行研究，并對該水質進行檢測，通過利用常量分析手段對地下水進行研究總結。

1 地下水重金屬污染特征

1.1 地理位置分析

山西省作為金屬礦石開采大省，一直關注于地下水資源的污染與防治工作。由于其地下水資源各市區分布不均，全省每年約有90億立方米的地下水資源，開采量僅占總量四分之一，隨著山西各地經濟的不斷發展，其地下水資源的開發也在不斷加大，地下水重金屬污染比重也在不斷提升。金屬礦石開采一定程度上改變了礦石含水層及其地下水原有的流動性條件和地表河流流動條件，出現了地下水斷流、含水層水量下降等環境問題。礦產資源的過度開發引起地下水資源循環遭到破壞，導致地表河流水量降低、水位下降甚至枯竭，這將使得該地區居民使用水資源困難。隨著礦山礦產的不斷開采，地下水資源所面臨的問題日漸嚴峻。另一方面，工業廢水也造成該地區重金屬污染范圍擴大，大量的細菌和有害物質進入河流，匯入地下水循環系統，造成大面積地下水重金屬污染，也在一定程度上造成了該地區環境污染。

大同市由于落后的礦產開發技術與相對松散的管理技術水平使得該地區出現嚴重的地下水污染問題。礦產資源在開采、選礦、冶煉、運輸的過程中，不能避免產生廢水、固體廢物等含有重金屬的污染物。據資料表明，從礦山中開采出的金屬原石到進入冶煉工程的過程中產出約80%的金屬廢棄物，大多數金屬礦山堆積了大量的廢棄物，給周圍環境積聚了巨大的污染物質。由于金屬廢棄物堆積時間過長，一部分重金屬污染物經由雨水、河流進入到地下水循環系統，隨著流動的地下水向周圍環境擴散，造成大面積區域重金屬污染，并逐步危及人們身體健康。

1.2 地下水重金屬污染途徑

金屬礦區地下水重金屬污染途徑一般是污染物經由土壤進入到地下水循環系統所經過的途徑，針對地下水重金屬污染途徑的分析有利于進一步確定該礦區地下水污染的影響因素，進而深入分析研究金屬污染在地下水循環系統的特征。

重金屬污染物經由雨水的作用，在地表堆放的廢棄物或是周期性有害成分通過間歇滲入到土壤含水層。這種間歇滲入多呈現不飽和水狀態滲流形式，經由明顯的季節性變化，淺層地下水均會受到重金屬的污染。連續滲入則是重金屬有害污染隨各種滲透液滲入土壤含水層，連續滲入呈現連續流動滲入形式，其污染對象同樣作用在淺層含水層。而越流型則是重金屬污染物通過土壤層級之間進行滲入到不同含水層，一般是通過人為的方式或者金屬礦石開采引起的地下水流動條件的改變，使得金屬污染物經由大面積含水層流轉至其他層級間。這種金屬污染途徑擴大了污染面積卻無法確認污染物來源，一定程度上難于查明污染的具體來源和污染范圍，給后續的工作提升了一定難度。

1.3 地下水重金屬污染特征分析

由于含水層隱藏在土壤包氣帶下，而大同地區礦山眾多，不同區域的包氣帶深度不同，地下水的位置也各不相同。一方面來說，地下水與地表河流在一定程度上是互不聯系的；另一方面，地下水又與河流之間相互補給。地下水流速慢、隱蔽性高，故地下水重金屬污染具有隱蔽性、延時性、復雜多變性與不可逆性四大特征。

由于地下水存在于包氣帶下，當地下水受到周圍環境中的重金屬污染時，人們很難從外在現象特征得知該地區地下水是否遭到重金屬污染，只能依靠專門的水質檢測才能得知重金屬污染程度。重金屬污染物滲入進土壤后，需要一段時間遷移至含水層才會造成該區域地下水重金屬污染。而重金屬污染后的地下水通過人們的飲用或使用途徑進入人體，殘留在人體各個臟器中，在較短時間內不會對人體顯現出重金屬危害，表現出其延時性。重金屬污染物進入到土壤—地下水的過程中發生遷移轉化；重金屬污染物中含有的離子間相互作用絡合成絡合離子，提升了重金屬污染的復雜程度。特別是汞這一類重金屬，其離子狀態進入地下水循環系統會與內部微生物作用形成重金屬混合物，提升危害系數。雖然地下水自身具有一定的自凈力，但重金屬污染超過其地下水的閾值時則仍然顯示地下水重金屬污染。在較短時間內降低地下水的重金屬污染即使花費巨大的資金治理該區域，其效果仍是微乎其微。因此，由于地下水重金屬污染的不可逆性，預防重金屬污染的發生才是治理該區域污染的最有效方法。

2 大同市金屬礦區地下水水質檢測常量分析

山西大同四面環山，其金屬礦山地層含水性能較差，地下水主要由降水或越流水補給。地下水主要受到其山區地形、地貌構造與水文多方面影響。據研究資料表明，大同礦區地下水由北至南形成一個較為完整且獨立的地下水循環系統。該系統將接受雨水補給后從東部沿地表層補給礦區內部的同時與片麻巖形成隔水邊界；越流水通過潛流方法匯聚礦區盆地，提升地下水含量。針對大同地區地下水水質進行檢測，并通過檢測結果進行水質常量分析。

2.1 地下水水質樣品采集與水質檢測

為了更好地對大同市礦區進行重金屬污染分析以及水質檢測，文章依據調研成果，選取大同市地區煤峪口礦、達子溝礦、燕子山礦、白洞礦、同忻礦五處礦區進行地下水水質樣品采集，對其PH值、水體溫度、水質導電性、固體總含量進行測定，后將五份樣品放置10min后，吸取水質檢測樣本5ml的水于試管中，進行水質常量檢測，并按照100：1的比例添加濃 HNO3，使樣品溶液離子化，利用等離子譜對水質檢測常量樣品中的常規離子（如：SO42-、NO3-、Mg2+、Na+等）進行酸堿中和檢測方法進行測定；對于水質中重金屬微量元素（鐵、錳）利用離子發射質譜儀進行檢測。利用相關常量檢測儀器檢測水質樣品中一般化學指標（如：溶解氧、懸浮物、磷、亞硝酸鹽、重金屬含量等）[4,5]。

根據上述流程完成地下水水質樣品采集與水質檢測，并對其展開相應的分析。

2.2 地下水含有重金屬水質檢測常量結果分析

根據《地下水資源質量標準》，檢測結果中含有大量重金屬錳元素與鐵元素。雖然錳作為人體必需的微量元素，但過多的錳元素會對人體造成很多不利的影響；鐵也是含量較多的微量元素之一，同時鐵元素是人體細胞、血紅蛋白的組成成分。

表1 大同五處煤礦水樣檢測結果

通過上表中得出結論可知，大同市礦區地下水中含有錳、鐵兩種重金屬元素，隨著大量雨水沖刷地層表面，將錳、鐵兩種重金屬元素帶入土壤中，并隨著地下水流動至周邊區域，使得整個地下水系重金屬元素超標。特別是其中的鐵元素，在地下水中被化學物質氧化成Fe3+，使得地下水水質渾濁、色度升高，嚴重時使得水體發臭，一定程度上給大同當地乃至周圍居民增加了用水難度，需引起重視。

3 結束語

地下水作為人們日常工作生活不可或缺的物質，地下水重金屬污染已經成為大同礦區地區乃至整個煤礦行業亟待解決的問題，由于大力開采煤炭礦產，該地區地下水資源污染日趨嚴重，周圍居民的生活、生產用水也遭到一定程度的污染，一旦水質遭到污染，將會給使用者帶來巨大的危害。因此，加強對礦區礦產資源開采排污管理及地下水凈化處理，可一定程度降低地下水重金屬污染問題，改善地下水水質狀況。同時，應健全該區域地下水水質檢測與監測平臺建設，定期對水質進行檢測分析，提高地下水水質管理透明度，加大社會對地下水監管力度，保障居民安全用水。