淺層地下井水重金屬含量監測與評價

梁文浪，林偉強，廖顯平，許政生

(肇慶市水產科學研究所，廣東 肇慶 526000)

1 引言

肇慶市水產科學研究所的科研試驗用水水源為淺層地下井水，經檢測，2007年以前水質符合漁業水質標準。隨著肇慶市鼎湖區工業化的快速發展，工業用水大幅度增長，區域內地下水水位下降明顯，研究所的淺層地下水井的水位從2008～2018年10年內下降接近2.5 m，水質也發生明顯變化，帶有一股鐵銹味。為了監測研究所淺層地下井水中重金屬含量是否符合漁業水質標準，2016年、2017年、2018年連續3年對淺層地下井水進行抽樣檢測，分析數據，采用曝氣氧化法進行處理，并開展倒刺鲃人工孵化試驗對去除超標物的淺層地下井水進行評價。

2 實驗方法

2.1 實驗地點

肇慶市水產科學研究所位于廣東省肇慶市鼎湖區蓮花鎮，淺層地下水井深度為7m，水質呈弱酸性。

2.2 樣品采集

實驗時間為每年的5月份。使用潛水泵抽水，抽15min后進行采樣，將淺層地下井水樣品送實驗室檢測重金屬含量。

抽取淺層地下井水注滿蓄水池，進行底部增氧曝氣72h，沉淀后過濾備用，并送樣檢測重金屬含量。

樣品的預處理與保存根據GB11607—89 《漁業水質標準》[1]要求執行。

2.3 樣品分析

水質檢測重金屬：Fe、Cr、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Hg，根據GB11607—89 《漁業水質標準》[1]分析方法測定。

2.4 倒刺鲃孵化對比試驗

在培育池，按密度2萬粒/m3水體進行倒刺鲃孵化對比試驗，一組使用未經處理的淺層地下井水孵化，一組使用經曝氣氧化過濾處理的淺層地下井水孵化。待受精卵全部孵化出膜后，收集魚苗計算孵化率，分析孵化效果。

3 評價方法

3.1 水質評價方法

水質評價采用單因子污染指數法，評價標準主要采用GB11607—89 《漁業水質標準》，按標準計算各監測項目的污染指數(Pi),計算公式如下：

(1)

對于pH值，公式為：

(2)

其中：

(3)

式(1)～(3)中：Pi—污染因子的污染指數；Ci—污染因子的實測值；Si—i因子評價標準；X為pH值實測值，X2、X1為pH值水質標準的上、下界限值，Xa為pH值水質標準上、下界限值的中值。

Pi值小于0.5，為水質未受該因子污染；介于0.5～1.0之間，為水質受到該因子沾污；大于1.0，表明水質已受到該因子污染，判定為超標。

3.2 孵化率評價方法

孵化率為出膜的魚苗數占受精卵數的百分比：

4 結果與評價

4.1 曝氣前后金屬含量的變化

2007年委托肇慶市疾病預防控制中心對研究所淺層地下井水進行檢測，結果表明各項重金屬含量指標正常，鐵含量也小于0.005mg/L，水質符合《漁業水質標準》。

2008年對研究所淺層地下井水進行檢測時，檢測結果顯示淺層地下井水除鐵含量超出標準指標值外，其他重金屬含量指標符合《漁業水質標準》要求，鐵含量為3.03 mg/L，比2007年升高了606倍，水質污染指數為15.15。

表1、表2為2016～2018年檢測數據與污染指數，檢測結果顯示：地下水水井大部分重金屬含量指標符合《漁業水質標準》要求，但鐵含量超出標準指標值。鐵污染指數分別為51.5、35.1、8.75，屬于嚴重超標；經過曝氣氧化處理后，再沉淀過濾，鐵污染指數為0.90、0.70、0.65，符合漁業水質標準。

表1 2016～2018年檢測結果

表2 2016～2018年污染指數Pi

4.2 倒刺鲃孵化率的變化

2016～2018年，使用未經處理的淺層地下井水的孵化率分別為51.5%、55.6%、67.5%，平均孵化率為58.2%；經曝氣氧化過濾處理的淺層地下井水孵化率分別為85.3%、90.2%、90.6%，平均孵化率為88.7%，比未經處理的淺層地下井水的孵化率高出30.5% 。

5 討論

5.1 影響及危害

若水中鐵含量高，則會形成大量的氫氧化鐵，隨著魚的呼吸就會在魚鰓上沉淀一層棕色薄膜，妨礙魚的呼吸，引起魚類窒息死亡[2]；氫氧化鐵也會吸附在魚體表面，使魚類運動困難。本實驗過程中，研究所淺層地下井水直接用于魚苗孵化，會使孵化水體變得渾濁并顯紅褐色，鐵的氧化產物會粘附于受精卵表面形成一層紅褐色的附著物，對受精卵胚胎發育產生影響；另外孵化開始階段淺層地下井水會大量消耗氧氣進行鐵的氧化反應，從而使水體中的溶解氧含量偏低，對受精卵胚胎發育產生危害。實驗結果顯示：直接使用研究所淺層地下井水進行倒刺鲃孵化，孵化率偏低。

5.2 超標的原因分析

段梅[3]的水質評價表明，研究所所處區域淺層地下水中可溶性鐵含量較高。對比研究所周邊鳳凰、廣利和大沙等地發現，抽取的淺層地下井水的鐵銹水比例很高，像研究所2007年之前的淺層地下井水水質情況的較少。由于研究所地勢較低，地表雨水聚集多，2007年前的淺層地下井水水質較好，但是近10年鼎湖區的工

農業得到了較大的發展，大量抽取地下水，造成地下水位下降較大，研究所的水井水位就下降了2.5 m，因此地下水之間的流動補充造成了研究所淺層地下井水鐵含量升高；另外，淺層地下水儲量減少，水中溶解性礦物質鐵含量升高，水中鐵元素含量亦增高。

5.3 井水優化處理方案

使用曝氣氧化法處理研究所的淺層地下井水，所需的時間較長，為了滿足日常養殖生產的需求，可以在曝氣氧化的同時使用適量的強氧化劑對水體進行消毒或投入強堿性物質，加速水中還原態Fe2+氧化形成氧氧化鐵沉淀物。

6 結論

使用經曝氣氧化過濾處理的淺層地下井水進行倒刺鲃的孵化試驗取得88.7%孵化率，證明了研究所的淺層地下井水，經曝氣氧化后，水中重金屬的含量符合《漁業水質標準》要求，可用于科研試驗。

本次實驗證明曝氣氧化法能有效降低井水中鐵的含量，使水中還原態Fe2+快速氧化沉淀，同時吸附了其他金屬元素，達到了凈化水質的效果，較好地解決了研究所淺層地下井水鐵含量超標的問題。丁康[4]等研究也證明曝氣氧化法能快速氧化沉淀地下水中的鐵。