太湖流域飲用水水源地及管網(wǎng)重金屬的賦存情況初探

何肖忠

（上海市楊浦區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，上海 200093）

我國是一個(gè)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(lián)合國認(rèn)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(dá)17%，河道和湖泊各占一半，面積在0.5 km2以上的湖泊有189個(gè)。因其得天獨(dú)厚的氣候和自然條件，太湖流域內(nèi)農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)能力雄厚，漁業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，人口素質(zhì)普遍較高，是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)規(guī)模密集的地區(qū)之一，在全國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。

自20世紀(jì)80年代以來，因承受經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等壓力，太湖水體質(zhì)量每10年降低一個(gè)等級(jí)，藍(lán)藻、湖泛等問題一度造成流域內(nèi)嚴(yán)重的用水緊張，引起政府和社會(huì)廣泛關(guān)注。隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，重金屬污染問題日益突出，人類活動(dòng)產(chǎn)生的過量重金屬可以通過多種途徑進(jìn)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(zhì)中富集并且進(jìn)入水生生物體內(nèi)，最終可能通過食物鏈富集、放大進(jìn)入人體，對(duì)人類健康產(chǎn)生危害。自2007年藍(lán)藻危機(jī)爆發(fā)以來，太湖流域總體水質(zhì)連年持續(xù)在Ⅴ類和劣于Ⅴ類，高錳酸鹽指數(shù)為Ⅲ類、總磷為Ⅳ類、總氮為Ⅴ類。湖區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)含量連年處于中度富營養(yǎng)狀態(tài)。2015年，湖區(qū)最新指標(biāo)數(shù)據(jù)表明太湖水質(zhì)處于亞健康狀態(tài)[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(jìn)行采樣，在東太湖取水口附近各設(shè)置4個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行樣品采集，同時(shí)采集經(jīng)過水廠處理后，自來水管網(wǎng)中的樣品各1個(gè)。參照水樣采集與保存的相關(guān)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(shí)間內(nèi)分析。

1.2 樣品的分析

通過電感耦合等離子體發(fā)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(yàn)過程嚴(yán)格參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括水樣的采集、保存、消解、測定以及質(zhì)控質(zhì)保措施[3-4]。電感耦合等離子體發(fā)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(fā)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(fā)射光譜法中，主要的干擾來自光譜干擾，在試驗(yàn)過程中通過將對(duì)測定波長有干擾的元素進(jìn)行分組測定，從而消除各元素光譜之間的干擾，提高測定準(zhǔn)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(wǎng)出廠水濃度大致相當(dāng)，如表2所示。

表2 常見金屬濃度數(shù)據(jù)

2.1.1 關(guān)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(lián)系[5]。根據(jù)《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(duì)人體有益，在東太湖水源地中，鍶含量尚未達(dá)到該礦泉水標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 自來水管網(wǎng)中樣品

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

2.2.1 關(guān)于納、鎂和鈣

鈣、鎂離子決定了水的硬度，水的硬度對(duì)水生生物的生長及金屬的毒性都會(huì)有一定的影響，而水環(huán)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(guān)研究數(shù)據(jù)表明，太湖流域東太湖管網(wǎng)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(zhì)相較上海地區(qū)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(jié)果如表3所示。

表3 重金屬濃度數(shù)據(jù)

2.3.1 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計(jì)算的最常用方法之一。水環(huán)境中往往多種重金屬共存，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法能夠反映水體重金屬污染現(xiàn)狀及各種重金屬對(duì)復(fù)合污染的不同作用，并甄別主要污染物。

單因子污染指數(shù)為：

式中，Ci為重金屬元素i的實(shí)測濃度；Si為相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。太湖流域水源地標(biāo)準(zhǔn)采用《生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3020-1993）中的水源地二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)作為參比標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中未涵蓋金屬元素，采用《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2006）集中式生活飲用水地表水源地標(biāo)準(zhǔn)限值作為參比[7-8]。

多因子綜合污染指數(shù)為：

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

表4 重金屬污染評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算水源地中14種重金屬元素的單因子污染指數(shù)Pi以及綜合污染指數(shù)P綜，根據(jù)表4的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，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(dá)輕度污染狀態(tài)，其他13種金屬均處于安全水平，無污染風(fēng)險(xiǎn)。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)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(guān)數(shù)據(jù)，東太湖水源地重金屬整體濃度處于下降狀態(tài)；但相比2012-2013年相關(guān)數(shù)據(jù)，近十幾年來，東太湖水源地在水質(zhì)整體變好的同時(shí)又開始出現(xiàn)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(fā)生，政府和社會(huì)應(yīng)采取措施保證水源地的水環(huán)境不再繼續(xù)惡化，確保市民的飲用水安全。

3 結(jié)語

重金屬元素具有殘留時(shí)間長、累積性、能夠隨食物鏈轉(zhuǎn)移、污染后不易被發(fā)現(xiàn)和難以恢復(fù)的特點(diǎn)。從本次試驗(yàn)結(jié)果來看，所調(diào)查的太湖流域東太湖水源地和飲用水管網(wǎng)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(lán)藻事件爆發(fā)后，當(dāng)?shù)卣畬?duì)太湖流域，特別是飲用水水源地所開展的保護(hù)措施有明顯成效；另一方面也說明我國的自來水處理技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展。但比較近些年來的相關(guān)數(shù)據(jù)，一些細(xì)微的變化也在告誡人們，對(duì)水源地的保護(hù)不能停滯不前。

本研究與同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的“十三五”水專項(xiàng)課題合作，聚焦太湖流域飲用水水源地的安全，構(gòu)建我國流域水污染治理體系和水環(huán)境管理技術(shù)體系。本文初步探明了太湖流域水源地水環(huán)境現(xiàn)狀，旨在為后續(xù)長期監(jiān)測太湖流域水源地、飲用水管網(wǎng)中的重金屬和毒性物質(zhì)提供強(qiáng)有力的科學(xué)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(xué)的水質(zhì)保護(hù)措施提供理論依據(jù)。

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