地表水中重金屬污染因子分布特征分析

摘要：為深入探究地表水中重金屬污染因子的分布特征，結(jié)合研究區(qū)概況分析與采樣點(diǎn)位規(guī)劃，進(jìn)行地表水樣品采集與預(yù)處理工作，開展地表水中重金屬的檢測(cè)。研究表明，Ca的質(zhì)量濃度最高；Fe的平均質(zhì)量濃度達(dá)到382.00 μg/L，其最大值遠(yuǎn)超集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值；Hg的平均質(zhì)量濃度略高于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，但仍符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其濃度尚處于可控范圍內(nèi)；Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Al及V等金屬元素的平均質(zhì)量濃度均保持在各自標(biāo)準(zhǔn)限值之下，污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低；Fe元素空間分布不均，形成明顯污染帶。為避免重金屬元素發(fā)生擴(kuò)散，對(duì)下游水質(zhì)構(gòu)成潛在的威脅，應(yīng)采取有效的污染物處理措施。

關(guān)鍵詞：地表水；污染因子；重金屬；分布特征

中圖分類號(hào)：X824 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）11-0022-04

Analysis of Distribution Characteristics of Heavy Metal Pollution Factors in Surface Water

FENG Yuting

（Analysis Test and Environmental Emergency Room， Meizhou Ecological Environment Monitoring Station in Guangdong Province， Meizhou 514100， China）

Abstract： To further explore the distribution characteristics of heavy metal pollution factors in surface water， combined with the analysis of the research area and the planning of sampling points， surface water sample collection and pretreatment work will be carried out， and the detection of heavy metal substances in surface water will be carried out. The research results indicate that the mass concentration of Ca is the highest; the average mass concentration of Fe reaches 382.00 μg/L， and its maximum value far exceeds the standard limit of the supplementary project for centralized drinking water sources; the average mass concentration of Hg is slightly higher than the Class III water standard limit for surface water environmental quality， but still meets the hygiene standards for drinking water， and its concentration is still within a controllable range; the average mass concentrations of metal elements such as Cr， Mn， Ni， Cu， Zn， As， Pb， Al， and V are all kept below their respective standard limits， indicating relatively low pollution risks; the spatial distribution of Fe element is uneven， forming obvious pollution zones. To prevent the diffusion of heavy metal elements and pose a potential threat to downstream water quality， effective pollutant treatment measures should be taken.

Keywords： surface water; pollution factor; heavy metal; distribution characteristic

在全球工業(yè)化和城市化迅速發(fā)展的背景下，地表水資源的保護(hù)與治理已成為不容忽視的重要議題。地表水作為支撐人類日常生活、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及工業(yè)發(fā)展的基石，其水質(zhì)狀況直接關(guān)系到人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。例如，Pb、Cd、Hg、Cr等極難降解的元素，一旦通過地表水進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，便很難自然消除，導(dǎo)致其在生物體內(nèi)逐漸積累并長(zhǎng)期殘留，威脅生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更對(duì)人類健康構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

重金屬超標(biāo)嚴(yán)重威脅水生生物的多樣性與生態(tài)平衡，嚴(yán)重情況下甚至危害人體生命健康，使人體面臨神經(jīng)系統(tǒng)受損、免疫力下降等健康風(fēng)險(xiǎn)[2]。重金屬污染的治理與生態(tài)修復(fù)工程往往需要巨大的資金投入和長(zhǎng)期的技術(shù)支持，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來沉重負(fù)擔(dān)。基于此，深入探究地表水中重金屬污染因子的分布特征，為制定科學(xué)的防控策略、保護(hù)水資源安全與促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)健康發(fā)展提供技術(shù)層面的指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況

為確保分析結(jié)果真實(shí)、可靠，開展采樣前需分析研究區(qū)概況，如表1所示[3]。

流域中段水系復(fù)雜，南岸支流發(fā)源于降雨充足的某山區(qū)北側(cè)地區(qū)[4]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，該區(qū)域徑流分布不均，超過70%的徑流集中于南岸支流。流域中段所在區(qū)域是當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)發(fā)展的重要經(jīng)濟(jì)區(qū)，其主要河流不僅為當(dāng)?shù)鼐用竦纳a(chǎn)、生活及工業(yè)發(fā)展提供了寶貴的水資源，其水質(zhì)狀況也直接關(guān)系到區(qū)域居民的生活質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性[5]。調(diào)研結(jié)果顯示，地表水重金屬污染已成為流域內(nèi)不可忽視的環(huán)境問題，不僅會(huì)破壞水生態(tài)環(huán)境，還會(huì)加劇水環(huán)境保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的矛盾。

2 材料與方法

2.1 采樣點(diǎn)布置與地表水樣品采集

根據(jù)研究區(qū)的地理環(huán)境特點(diǎn)和污染源分布情況，沿地區(qū)水域干線布置測(cè)點(diǎn)，并通過全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）精確定位各點(diǎn)位置，確保數(shù)據(jù)具有代表性[6]。各采樣點(diǎn)位置如表2所示。

選用經(jīng)預(yù)處理的塑料桶采集地表水樣品。塑料桶先在HNO3中浸泡，然后使用純水徹底沖洗，以確保無(wú)干擾。使用干燥潔凈的塑料桶在水面下約10 cm處收集原水，并立即加入數(shù)滴濃硝酸（優(yōu)級(jí)純），以穩(wěn)定水質(zhì)。

2.2 樣品檢測(cè)

將采集的樣品分成兩類，一類用于檢測(cè)重金屬含量，另一類使用濾波過濾析出重金屬[7]，以確保后續(xù)分析的準(zhǔn)確性。結(jié)合研究區(qū)概況，選用合適的儀器設(shè)備。儀器設(shè)備及參數(shù)如表3所示。

為確保檢測(cè)結(jié)果的可靠性，在正式檢測(cè)前需要校準(zhǔn)儀器設(shè)備。排除相關(guān)影響因素后，將經(jīng)預(yù)處理的樣品按照選定的檢測(cè)方法進(jìn)行操作，以獲得樣品中不同重金屬的濃度[8]。

3 結(jié)果與分析

3.1 地表水重金屬質(zhì)量濃度分析

對(duì)采集的樣品進(jìn)行地表水重金屬質(zhì)量濃度分析，獲取采樣數(shù)據(jù)的含量最小值與最大值，并計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，如表4所示。

由表4可知，Ca的質(zhì)量濃度最高；Fe的平均質(zhì)量濃度達(dá)到382.00 μg/L，其最大值遠(yuǎn)超集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值。盡管Hg的平均質(zhì)量濃度略高于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值，但仍符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其濃度尚處于可控范圍內(nèi)。同時(shí)，Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Al及V等金屬元素的平均質(zhì)量濃度均保持在各自標(biāo)準(zhǔn)限值之下，污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低。

基于變異性角度分析，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的Ni、Zn、As等重金屬元素的濃度呈現(xiàn)出一定的差異性，且變異率超過100%，揭示出重金屬元素分布的不均勻性和潛在的局部污染特征。相反，其他金屬元素則展現(xiàn)出較為穩(wěn)定的濃度分布。

通過分析地表水中重金屬質(zhì)量濃度的超標(biāo)情況與分布特性，凸顯Fe和Hg污染防控與治理工作的緊迫性，未來水質(zhì)監(jiān)測(cè)需更加關(guān)注重金屬的時(shí)空分布特征及其潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 重金屬元素Fe的空間分布特征分析

結(jié)合分析結(jié)果可知，研究區(qū)的主要重金屬污染元素為Fe。為更直觀掌握Fe元素在測(cè)區(qū)內(nèi)的含量，繪制研究區(qū)的地形圖，并深入剖析Fe元素的空間分布特征。Fe元素的空間分布特征如圖1所示。

由圖1可知，大部分地區(qū)的Fe元素濃度明顯高于300 μg/L，超出既定的標(biāo)準(zhǔn)值。Fe元素濃度主要集中在301～600 μg/L，形成較為明顯的污染帶，表明Fe元素在該區(qū)域內(nèi)的累積與擴(kuò)散程度已達(dá)到較高水平。Fe元素含量峰值位于河流交匯的特定區(qū)域。該區(qū)域的水流動(dòng)力錯(cuò)綜復(fù)雜，物質(zhì)交換活動(dòng)異常活躍，是易積聚污染物的敏感地帶。河流交匯不僅能促進(jìn)水體混合，還可能加劇含F(xiàn)e污染物的擴(kuò)散與再分配，對(duì)下游水質(zhì)構(gòu)成潛在威脅。

從地質(zhì)學(xué)角度看，富含F(xiàn)e元素的巖石在長(zhǎng)期的自然風(fēng)化過程中，受到物理、化學(xué)、生物作用的綜合影響，F(xiàn)e元素逐漸從巖石中析出，然后隨水流擴(kuò)散遷移至流域各處。人類對(duì)礦產(chǎn)資源的開采與加工處理活動(dòng)也顯著加速了這一過程，促使Fe元素逐步析出并遷移擴(kuò)散。此外，洪水等極端氣候事件也是Fe污染擴(kuò)散的催化劑。當(dāng)遇到洪水時(shí)，水流倒灌現(xiàn)象頻發(fā)，不僅加速了污染物的遷移與擴(kuò)散，還可能引發(fā)污染物在特定區(qū)域累積，進(jìn)一步加劇水域污染。

綜上所述，F(xiàn)e元素的空間分布特點(diǎn)既反映了自然地理?xiàng)l件的影響，也凸顯出人類活動(dòng)對(duì)水體環(huán)境的顯著影響。

4 結(jié)論

隨著高分辨率質(zhì)譜和同位素示蹤等尖端技術(shù)的應(yīng)用普及，不同重金屬元素的來源能夠得到更準(zhǔn)確的測(cè)定和區(qū)分。近年來，研究人員從多個(gè)角度研究重金屬污染因子的分布特征及其生態(tài)效應(yīng)，為制定科學(xué)的防控策略提供了理論支撐。結(jié)合現(xiàn)有研究成果，通過分析地表水重金屬質(zhì)量濃度與Fe元素的空間分布，深入剖析地表水中重金屬污染因子的分布特征，不僅能夠提升污染治理的效率和精度，還可以為水環(huán)境的科學(xué)化管理與污染風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。目前，地表水中重金屬污染因子分布特征的研究正朝著技術(shù)前沿化、學(xué)科交叉化、智能化等方向發(fā)展，以更有效地應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題。

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