水環(huán)境重金屬污染現(xiàn)狀及其評價(jià)

張哲輝

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽 712100）

水作為生命之源，是自然和人類生命不可或缺的組成部分。但隨著全球經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，對水資源的需求不斷增加。近年來，由于人類對淡水的消耗成倍增加，導(dǎo)致水資源短缺的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。最嚴(yán)重的是廢水大規(guī)模地不經(jīng)處理直接排放，污染了干凈的水資源，以上這些問題都嚴(yán)重影響了水資源的結(jié)構(gòu)、功能和使用。其中，重金屬水污染不僅阻礙了經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，還嚴(yán)重威脅著人類的健康和生存。

1 水環(huán)境重金屬污染現(xiàn)狀

水資源主要是指河流、湖泊、水庫和海洋。水環(huán)境重金屬污染是指重金屬排入水中產(chǎn)生了污染的現(xiàn)象，且這些重金屬污染超出了水環(huán)境本身的可洗性。這樣就會改變水的成分和性質(zhì)，既影響了水中的生物生長，嚴(yán)重時(shí)還會危及人類的生命和健康。而通過對水源的分析發(fā)現(xiàn)，主要污染來自汞，其中，地表水中的汞含量較高，鉻和鉛的濃度也相對較高；其他重金屬，如鎳、鉈、鈹和銅，也非常嚴(yán)重。眾所周知，長江流域是我國最大的河流之一，但根據(jù)相關(guān)研究和報(bào)告，三峽庫區(qū)江段沉積物中重金屬含量主要來源于上游沉積物，以及沿河排放的城市和工業(yè)廢水[1]。

1.1 我國水環(huán)境污染

當(dāng)前，水污染問題普遍存在：不同地區(qū)的河流和湖泊污染已不同程度地出現(xiàn)了污染情況，其中，重金屬污染相對較高。如在山東省的黃浦江及以上地區(qū)都存在嚴(yán)重的重金屬污染，即相關(guān)飲用水源的汞平均濃度比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)重。就金屬含量而言，原生元素與水鹽含量、pH值等密切相關(guān)。如果水資源具有相對較高的鹽濃度，水下沉積物中就會出現(xiàn)相對較低的金屬含量，從而會降低影響和重力含量。此外，水生環(huán)境中重金屬污染的分布通常具有高海岸擴(kuò)散和低海岸擴(kuò)散以及相對較高的沉積物含量的特點(diǎn)。

同時(shí)，水環(huán)境中的重金屬可能會產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境影響，例如，松花江下游河道，在風(fēng)險(xiǎn)等級評估期間，該河流沉積物中的重金屬含量相對較高，再加上水環(huán)境中的重金屬污染問題受到水位季節(jié)變化的影響，所以，需要相關(guān)檢查機(jī)構(gòu)予以關(guān)注。因此，為了提高水環(huán)境中重金屬檢測的效率，應(yīng)提前進(jìn)行相對全面的分析，從而制定污染水環(huán)境的金屬排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 國外水環(huán)境重金屬污染的狀況

經(jīng)實(shí)踐調(diào)查表明，國外水環(huán)境受到重金屬的污染相對較重，如美國約有15 000家公司從事電氣工程和金屬加工，因此直接或間接排放的廢水污染了正常水環(huán)境。

1.3 不發(fā)達(dá)國家水環(huán)境的污染狀況

現(xiàn)在，印度是一個(gè)有著大多數(shù)農(nóng)民和以家庭居住為單位的發(fā)展中國家。因此，農(nóng)業(yè)污染源污染也比較嚴(yán)重，造成這種情況的主要原因是洪水造成的沖刷，以及與水環(huán)境有關(guān)的問題。納塞爾湖是埃及南部世界上最大的人工湖，到目前為止，只發(fā)現(xiàn)畜牧業(yè)是水污染的主要原因，主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)的農(nóng)場廣泛使用化肥和殺蟲劑。通過調(diào)查研究表明，在魚的各個(gè)器官中，都有一定比例的銅和鋅存在魚的肝臟中[2]。

1.4 國內(nèi)外水環(huán)境重金屬污染的來源

在國內(nèi)外的水環(huán)境發(fā)現(xiàn)，重金屬污染主要為銅、鋅、鉛、汞等污染。而金屬污染的主要原因是化學(xué)品、采礦、金屬冶煉、加工、金屬、船帆生產(chǎn)、一些農(nóng)藥和廢水等。通常，水環(huán)境中的重金屬也因地區(qū)而異，如果進(jìn)行整體分析，相對先進(jìn)的國家會受到較高的工業(yè)排放的影響，例如：美國的金屬電鍍，英國的金屬熔煉，以及波蘭的采礦；還有印度和一些非洲國家農(nóng)業(yè)污染方面的影響，這些國家的主要污染根源是化肥和農(nóng)藥的使用。因此，必須高度重視這些行業(yè)，并有針對性地進(jìn)行監(jiān)督管理和全面控制。

2 水環(huán)境重金屬污染的評價(jià)方法

若水環(huán)境中存在較高的重金屬含量，不僅會危及水資源的平衡，也會危及人類健康。因此，要從水的保護(hù)、從重金屬效應(yīng)上進(jìn)行優(yōu)化，以確保人類與生態(tài)和諧發(fā)展[3]。

水環(huán)境重金屬污染評價(jià)方法主要包括：一是水質(zhì)直接評價(jià)方法，二是沉積物評價(jià)方法。到目前為止，水資源評估通常采用指數(shù)法、綜合分級法、概率統(tǒng)計(jì)法、模糊數(shù)學(xué)法，以此對主要河流的水質(zhì)進(jìn)行整體評估。許多科學(xué)家認(rèn)為，沉積物是水生環(huán)境中重金屬污染的指標(biāo)。因此，通常會通過沉積物分析來評估水體中的重金屬污染。

沉積物水質(zhì)量評價(jià)方法主要包括：化學(xué)分析指數(shù)法、生物監(jiān)測法和化學(xué)與生物學(xué)相結(jié)合的方法。其中，化學(xué)分析指數(shù)法包括累積法、元素富集指數(shù)法、對比度和閾值法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等。而生物方法包括研究全球沉積物毒性和底棲生物評估。而采用地質(zhì)累積指數(shù)法、元素富集閾值指數(shù)法、潛在生態(tài)損害指數(shù)法等方法，可以對沉積物中重金屬的污染狀況和分布進(jìn)行綜合評價(jià)。當(dāng)前，化學(xué)方法和生物方法被廣泛地應(yīng)用于水環(huán)境中重金屬污染的評估。然而，不同的方法各有利弊。如物理方法或化學(xué)方法相對繁瑣、耗時(shí)且投入成本較高，而且，所獲得的結(jié)果無法直接反映特定水生環(huán)境的潛在毒性；生物方法更敏感、更簡單、更經(jīng)濟(jì)，但對環(huán)境的影響也更大[4]。

在實(shí)際研究和工作中，很難用單一的評估方法解決復(fù)雜的環(huán)境問題。因此，化學(xué)方法和生物方法是有效的評估方法。C-B-T質(zhì)量三合一方法是一種化學(xué)和生物學(xué)的綜合實(shí)踐方法。在綜合數(shù)據(jù)庫CERP DBMS的框架內(nèi)，可使用三合一儀器對水沉積物的質(zhì)量進(jìn)行評估和評估，該儀器將化學(xué)分析（C）、毒性鑒定（T）和底棲生物群落的結(jié)構(gòu)變化（B）整合到三軸地圖和相關(guān)信息中。同時(shí)，C-B-T質(zhì)量三合一方法評估了河流沉積物中重金屬污染質(zhì)量控制基準(zhǔn)，以及重金屬污染物的化學(xué)、毒理學(xué)和生態(tài)學(xué)。此外，相平衡分布法也是一種化學(xué)和生物相結(jié)合的方法。該方法是一種用于河流沉積物重金屬污染質(zhì)量控制的相位平衡分配方法的系統(tǒng)研究，而且，還使用EQP方法對水環(huán)境中重金屬污染狀態(tài)進(jìn)行綜合評估和研究。

3 重金屬廢水的危害

通常，重金屬廢水中主要含有鎘、鎳、鋅、錳、銅、鉛和砷等金屬。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，重金屬廢水的污染程度不同，對人類和環(huán)境的影響也不同。

如當(dāng)鎘進(jìn)入到胃、肝、胰腺和甲狀腺時(shí)，會損害腎臟；銅是人體的重要組成部分，會影響細(xì)胞生長、某些酶的活性和內(nèi)分泌腺的功能。人缺少銅會導(dǎo)致貧血、脫發(fā)、骨骼和動脈損傷，甚至腦部疾病。然而，過多的銅會刺激消化系統(tǒng)，導(dǎo)致腹痛、嘔吐，并可能導(dǎo)致運(yùn)動障礙、知覺受損以及肝臟損傷[5]；鉛在低濃度環(huán)境中是穩(wěn)定的，但在高濃度下是危險(xiǎn)的。鉛及其化學(xué)物質(zhì)主要是通過呼吸、消化過程中的灰塵或煙霧進(jìn)入人體，主要會對神經(jīng)系統(tǒng)和相應(yīng)的行為模式造成傷害；由于鋅是人體必需的微量元素，且在人體中，正常的鋅含量在2～3 g之間。由此可以看出，鋅也是人體某些細(xì)胞類型的基本成分，但是過多的鋅會導(dǎo)致急性腹痛。

此外，汞及其化合物具有劇毒性，很容易從皮膚、呼吸和消化系統(tǒng)疾病中被吸收，該物質(zhì)會攻擊中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并造成人們的身體、鼻子、腎臟和肝臟的損傷。其中，甲基汞極易降解，尤其會在大腦中積累，毒性最大；鎳和它的化學(xué)物質(zhì)的毒性主要存在于酸性磷酸酶等酶中，會刺激人體黏膜和呼吸道，并引起皮炎、支氣管炎甚至肺炎。其中，羰基鎳的毒性更大，是一種有毒的混合物；砷及其化學(xué)物質(zhì)被歸類為致癌物質(zhì)，因此，砷的劑量增加可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問題。經(jīng)研究表明，飲用水中砷含量超標(biāo)會顯著增加肺癌發(fā)病率以及皮膚癌和膀胱癌，且若人們長期處在砷暴露的環(huán)境下，會造成皮膚病變、心血管疾病、精神病和糖尿病等疾病。

4 水環(huán)境重金屬污染檢測技術(shù)進(jìn)展分析

為了有效解決水污染中的重金屬污染，可將幾種修復(fù)技術(shù)一起應(yīng)用，并不斷創(chuàng)新技術(shù)和方法，以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高重金屬污染防控的有效性，同時(shí)，充分發(fā)揮出多種檢測技術(shù)的作用。

4.1 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法作為水環(huán)境中重金屬污染檢測的重點(diǎn)，可在實(shí)際應(yīng)用過程中充分發(fā)揮出其優(yōu)勢，以保證檢測工作的順利進(jìn)行。

首先，對于電位檢測，測定必須在電流為零的情況下進(jìn)行，利用電位，分析檢測功能，在分析明確后，收集和濃縮檢測濃度。因此，在電位分析的實(shí)際應(yīng)用中，必須要提前充分了解其優(yōu)勢所在，以便更好地開展后續(xù)工作。

其次，在應(yīng)用伏安法與極譜法時(shí)，可將電氣和化學(xué)分析作為電解工作，形成電流、電位與實(shí)踐曲線圖，允許優(yōu)化測試，以提高其有效性，同時(shí)改進(jìn)測試順序[6]。但在應(yīng)用這兩種檢測方法時(shí)，要了解其中的差異性。如伏安法不同于極譜法使用的電極，但伏安法檢測的下限相對較低，可在現(xiàn)場或在線進(jìn)行測試，所以能發(fā)揮出其優(yōu)勢和作用，從而為以后的測試提供更多幫助。

最后，電導(dǎo)率的測定，即在實(shí)際使用電導(dǎo)率溶液時(shí)必須提前測量，這樣才能測定濃度。如可用滴定法進(jìn)行電導(dǎo)率測定，也可以用直接電導(dǎo)率進(jìn)行具體分析，因此，可以很好地發(fā)揮其優(yōu)勢。但由于使用這種方法很繁瑣，甚至?xí)艿蕉喾N因素的影響，因此，檢測效率無法得到有效提高。

4.2 光譜法

首先，原子熒光輻射與分子的顏色濃度成正比，與相應(yīng)測量值的反應(yīng)為正。然而，原子擴(kuò)散和與之相關(guān)的光譜，是由于這種材料的相對應(yīng)用，以及通過電和熱來保存。但隨著元件數(shù)量的增加，其檢測精度會降低。

其次，原子吸收光譜法主要測量原子輻射強(qiáng)度與元素含量之比，是在相對較高的水平上測量的，通常是用火焰或石墨進(jìn)行測試。然而，由于各種因素，測試相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備相對昂貴。因此，還以可以使用ASE光源進(jìn)行測量和分析，相對快速，干擾因素相對較少，允許檢測多個(gè)元素，并可以充分保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。但由于在運(yùn)行過程中投入的總設(shè)備成本相對較高，因此，有必要在運(yùn)行過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)測試，以確保設(shè)備的質(zhì)量，同時(shí)防止不良因素對設(shè)備造成損壞。

5 提高水環(huán)境重金屬污染檢測質(zhì)量的方式

5.1 重點(diǎn)做好準(zhǔn)備工作

對于水生環(huán)境的測試，即使有多種檢測技術(shù)的支持，也有必要在現(xiàn)場對水生環(huán)境進(jìn)行采樣，以及應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備和材料，以確保校準(zhǔn)質(zhì)量。同時(shí)，在開始工作之前，還要對溶液樣品實(shí)施捕集和卸壓裝置，以確保后續(xù)試驗(yàn)的順利進(jìn)行，并充分利用各種技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢。關(guān)于資源儲備應(yīng)進(jìn)行資源需求和設(shè)備的預(yù)分析，并選擇適當(dāng)?shù)姆桨福赃m當(dāng)?shù)姆绞綔y量水質(zhì)，提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。由以上內(nèi)容可以看出，準(zhǔn)備工作是監(jiān)測工作的重點(diǎn)。

5.2 取樣和測試應(yīng)以合理的方式進(jìn)行

在進(jìn)行水生環(huán)境重金屬污染的采樣時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相對廣泛的分析，并進(jìn)行預(yù)優(yōu)化和調(diào)整，以確保測試質(zhì)量，使其符合所有測試標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)際測試中，應(yīng)選擇抽樣，這樣實(shí)用性和認(rèn)可度都相對較高。同時(shí)，責(zé)任部門還應(yīng)承擔(dān)自己的責(zé)任，確保試驗(yàn)取樣順利進(jìn)行。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)采樣方案的運(yùn)用

采樣是水環(huán)境重金屬污染檢測的重要組成部分。因此，為了提高總體抽樣的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)抽樣方案進(jìn)行分析和調(diào)整，以確保符合國家標(biāo)準(zhǔn)。此外，在施工現(xiàn)場開展工作之前，必須要優(yōu)化和更新各個(gè)流程，調(diào)整每個(gè)環(huán)節(jié)，確保采樣方案順利實(shí)施。在采樣期間，相關(guān)人員不得離開現(xiàn)場，必須遵守采樣標(biāo)準(zhǔn)。而在取樣完成后，必須及時(shí)進(jìn)行儲存，并提供標(biāo)識和相應(yīng)的取樣記錄[7]。

5.4 采樣測量點(diǎn)的選擇

在開展環(huán)境保護(hù)工程時(shí)，要合理選擇采樣測量點(diǎn)（水環(huán)境現(xiàn)場采樣），這對于提升測量結(jié)果有很大幫助，即不僅可以確保樣品的準(zhǔn)確性，還能提高整個(gè)樣品的整體質(zhì)量。在實(shí)際工作中，工作人員還應(yīng)確定采樣方法、時(shí)間和樣本數(shù)量，便于快速進(jìn)行測試，以及全面了解被測對象的濃度和變化模式，并在以后的內(nèi)部分析中提供一定幫助。此外，為了能夠確保采樣的準(zhǔn)確性，還應(yīng)進(jìn)行比較廣泛的分析和分布式工作，并根據(jù)方案對策建立檢測，以改進(jìn)重金屬污染水環(huán)境的檢測技術(shù)，提升樣品的檢測質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)改善水環(huán)境質(zhì)量的目的[8]。

6 結(jié)語

綜上所述，在實(shí)踐中存在著化學(xué)和生物等不同學(xué)科的融合，而對于水環(huán)境重金屬污染的檢測方法評估標(biāo)準(zhǔn)眾多，因此，必須要選擇科學(xué)合理的檢測方法，從而加強(qiáng)對水資源的保護(hù)和利用。