太湖流域飲用水水源地及管網重金屬的賦存情況初探

何肖忠

（上海市楊浦區環境監測站，上海 200093）

我國是一個水資源既豐富又短缺的國家。水資源豐富是指我國水資源總量豐富，我國淡水資源占全球水資源的6%，居世界第四位。但是，我國又是水資源短缺的國家，我國人均水資源占有量只有2200 m3，僅為世界平均水平的1/4，在世界上名列第121位，是聯合國認定為水資源緊缺國家。

太湖流域面積36900 km2，水面積占1/6。太湖流域水域面積6134 km2，水面率達17%，河道和湖泊各占一半，面積在0.5 km2以上的湖泊有189個。因其得天獨厚的氣候和自然條件，太湖流域內農業、工業生產能力雄厚，漁業生產條件優越，人口素質普遍較高，是我國經濟發展程度高、經濟產業規模密集的地區之一，在全國經濟社會發展中占有舉足輕重的地位。

自20世紀80年代以來，因承受經濟社會發展等壓力，太湖水體質量每10年降低一個等級，藍藻、湖泛等問題一度造成流域內嚴重的用水緊張，引起政府和社會廣泛關注。隨著人類社會的不斷發展，重金屬污染問題日益突出，人類活動產生的過量重金屬可以通過多種途徑進入水體，由于重金屬不能被微生物降解，水體中的重金屬在土壤、沉積物介質中富集并且進入水生生物體內，最終可能通過食物鏈富集、放大進入人體，對人類健康產生危害。自2007年藍藻危機爆發以來，太湖流域總體水質連年持續在Ⅴ類和劣于Ⅴ類，高錳酸鹽指數為Ⅲ類、總磷為Ⅳ類、總氮為Ⅴ類。湖區營養物質含量連年處于中度富營養狀態。2015年，湖區最新指標數據表明太湖水質處于亞健康狀態[1-2]。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與保存

2017年11月23日，與課題組成員一同前往太湖流域東太湖吳江第一水廠和吳江第二水廠的水源地取水口進行采樣，在東太湖取水口附近各設置4個采樣點進行樣品采集，同時采集經過水廠處理后，自來水管網中的樣品各1個。參照水樣采集與保存的相關要求，樣品使用聚乙烯塑料瓶采集，并加入濃硝酸作為固定劑保存。各采樣斷面樣品用濃硝酸酸化至pH=1～2并在限定時間內分析。

1.2 樣品的分析

通過電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）測定重金屬元素（Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、B、Ba、Bi、Cd、Co、Cr、TI、Zn）以及常見金屬元素（K、Na、Ca、Mg、Sr），試驗過程嚴格參照相關標準，包括水樣的采集、保存、消解、測定以及質控質保措施[3-4]。電感耦合等離子體發射光譜法分析測定的各元素波長如表1所示。

表1 電感耦合等離子體發射光譜分析各元素波長的選擇

1.3 干擾的消除

在電感耦合等離子體發射光譜法中，主要的干擾來自光譜干擾，在試驗過程中通過將對測定波長有干擾的元素進行分組測定，從而消除各元素光譜之間的干擾，提高測定準確性。

2 研究與分析

2.1 普通金屬元素濃度

在自來水處理工藝中，無特殊工藝處理上述元素，所以水源地樣品和自來水廠管網出廠水濃度大致相當，如表2所示。

表2 常見金屬濃度數據

2.1.1 關于鍶

鍶是人體必需的一種微量元素，與心血管功能有緊密的聯系[5]。根據《飲用天然礦泉水》（GB 8537-2008）要求，鍶含量需≥0.2 mg/L。含有較高濃度鍶的水對人體有益，在東太湖水源地中，鍶含量尚未達到該礦泉水標準。

2.2 自來水管網中樣品

依據《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006），本次試驗所測定的自來水管網中的重金屬含量（Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、B、Ba、Cd、Co、Cr、TI、Zn）均小于標準限值。

2.2.1 關于納、鎂和鈣

鈣、鎂離子決定了水的硬度，水的硬度對水生生物的生長及金屬的毒性都會有一定的影響，而水環境中一定濃度的鈣、鎂離子能降低重金屬的生物毒性。在飲用水方面，相關研究數據表明，太湖流域東太湖管網中納、鎂、鈣濃度約為35 mg/L、7.8 mg/L、33 mg/L，上海自來水中三者濃度分別為18 mg/L、14 mg/L、45 mg/L，而日本自來水中三者濃度分別為3.4 mg/L、0.5 mg/L、12 mg/L[6]。所以，太湖流域的自來水水質相較上海地區偏軟，相較日本偏硬。

2.3 水源地取水口

水源地取水口的重金屬濃度檢測結果如表3所示。

表3 重金屬濃度數據

2.3.1 內梅羅綜合污染指數法

內梅羅綜合污染指數法是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用方法之一。水環境中往往多種重金屬共存，內梅羅綜合污染指數法能夠反映水體重金屬污染現狀及各種重金屬對復合污染的不同作用，并甄別主要污染物。

單因子污染指數為：

式中，Ci為重金屬元素i的實測濃度；Si為相應的水質標準。太湖流域水源地標準采用《生活飲用水水源水質標準》（GB 3020-1993）中的水源地二級標準作為參比標準，該標準中未涵蓋金屬元素，采用《地表水環境質量標準》（GB 3838-2006）集中式生活飲用水地表水源地標準限值作為參比[7-8]。

多因子綜合污染指數為：

式中，Pimax為重金屬單因子污染指數的最大值；Piave為各金屬單因子污染指數的平均值。

表4 重金屬污染評價標準

計算水源地中14種重金屬元素的單因子污染指數Pi以及綜合污染指數P綜，根據表4的評價標準，各金屬的污染情況為：Fe＞Mn＞B＞Ba＞Cr＞Mo＞Pb＞Zn＞Cu，水源地重金屬濃度總體較低，其中Fe為主要污染物，平均污染情況處于警戒水平，最高可達輕度污染狀態，其他13種金屬均處于安全水平，無污染風險。內梅羅綜合指數評價結果表明，太湖流域東太湖水源地主要污染物為Fe，整體污染水平較低。相比2001-2011年相關數據，東太湖水源地重金屬整體濃度處于下降狀態；但相比2012-2013年相關數據，近十幾年來，東太湖水源地在水質整體變好的同時又開始出現小幅的惡化，需引起重視[9-10]。為避免類似2007年的污染事件再次發生，政府和社會應采取措施保證水源地的水環境不再繼續惡化，確保市民的飲用水安全。

3 結語

重金屬元素具有殘留時間長、累積性、能夠隨食物鏈轉移、污染后不易被發現和難以恢復的特點。從本次試驗結果來看，所調查的太湖流域東太湖水源地和飲用水管網中的重金屬基本都處于較低水平，特別是高毒性的重金屬元素含量都較低。這一方面說明了自2007年太湖藍藻事件爆發后，當地政府對太湖流域，特別是飲用水水源地所開展的保護措施有明顯成效；另一方面也說明我國的自來水處理技術與時俱進，不斷發展。但比較近些年來的相關數據，一些細微的變化也在告誡人們，對水源地的保護不能停滯不前。

本研究與同濟大學環境科學與工程學院的“十三五”水專項課題合作，聚焦太湖流域飲用水水源地的安全，構建我國流域水污染治理體系和水環境管理技術體系。本文初步探明了太湖流域水源地水環境現狀，旨在為后續長期監測太湖流域水源地、飲用水管網中的重金屬和毒性物質提供強有力的科學支撐，幫助政府探尋更有效的飲用水水源地管理方式，制定更科學的水質保護措施提供理論依據。

參考文獻

1 李冬華，苗 通，周晟葆.基于可持續理論的太湖流域污染與治理研究[J].江蘇科技信息，2016，（29）：78-80.

2 Jiang Xia，Wang Wenwen， Wang Shuhang，etal.Initial identification of heavy metals contamination in Taihu Lake，a eutrophic lake in China[J].Journal of Environmental Sciences，2012，24（9）：1539-1548.

3 曹紅艷.“十三五”水污染治理聚焦京津冀和太湖流域[N].經濟日報，2015-12-22.

4 中華人民共和國環境保護部.HJ 776-2015 水質32種元素的測定電感耦合等離子體發射光譜法[S].北京：中國環境科學出版社，2015.

5 李 牧.微量元素鍶對心血管疾病預防作用研究[D].北京：中國人民解放軍醫學院，2012.

6 劉紅鈮，孫震威.ICP-MS測定自來水中的金屬元素[J].光譜實驗室，2012，29（1）：124-127.

7 中華人民共和國建設部.CJ 3020-1993 生活飲用水水源水質標準[S].北京：中國標準出版社，1993.

8 中華人民共和國國家環境保護總局.GB 3838-2006 地表水環境質量標準[S].北京：中國標準出版社，2006.

9 王 偉，樊祥科，黃春貴，等.江蘇省五大湖泊水體重金屬的監測與比較分析[J].湖泊科學，2016，28（3）：494-501.

10 方斌斌，于 洋，姜偉立，等.太湖流域水體和沉積物重金屬時空分布特征及潛在生態風險評價[J].生態與農村環境學報，2017，33（3）：215-224.