大連市地下水水質(zhì)超標(biāo)原因分析

(遼寧省大連水文局，遼寧 大連 116023)

大連市地下水資源主要用于農(nóng)村地區(qū)的生活、農(nóng)業(yè)用水，地下水的質(zhì)量直接影響到飲水安全。近年來(lái)，由于自然和人為雙重因素，大連市地下水污染超標(biāo)現(xiàn)象日益嚴(yán)重、普遍且復(fù)雜，因此，有必要及時(shí)、全面掌握大連市地下水水質(zhì)現(xiàn)狀和超標(biāo)情況，深入分析超標(biāo)原因，為解決地下水污染和農(nóng)村飲用水安全問(wèn)題打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與指標(biāo)選用

依據(jù)《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ-T 164—2004)于2019年9月對(duì)大連市41處地下水監(jiān)測(cè)井進(jìn)行樣品采集，其中39處為國(guó)控地下水監(jiān)測(cè)井，2處為省控地下水監(jiān)測(cè)井。參照2017年最新實(shí)施的《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)對(duì)采集的水樣進(jìn)行全指標(biāo)檢測(cè)分析，檢測(cè)項(xiàng)目包括一般化學(xué)性指標(biāo)、毒理學(xué)指標(biāo)、微生物指標(biāo)等共計(jì)93項(xiàng)。

2 研究方法

2.1 評(píng)價(jià)方法

水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法，保證評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和綜合性。

單因子評(píng)價(jià)法是目前最簡(jiǎn)單也是應(yīng)用最多的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，以其中最差的水質(zhì)指標(biāo)的水質(zhì)類別作為最終的評(píng)價(jià)結(jié)果。該方法能夠?qū)δ骋凰w進(jìn)行嚴(yán)格客觀的評(píng)價(jià)，確定其是否滿足水質(zhì)類別要求，并能夠明確超標(biāo)污染物情況和貢獻(xiàn)度。本文采用單因子評(píng)價(jià)法確定水質(zhì)類別，超出Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值視為超標(biāo)，并明確超標(biāo)污染物情況。

表1 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法賦值結(jié)果

2.2 計(jì)算公式

根據(jù)各組分評(píng)價(jià)值Fi，采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)公式來(lái)計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的綜合指數(shù)，即

(1)

(2)

通過(guò)F值，確定水質(zhì)綜合污染等級(jí)，見(jiàn)表2。

表2 水質(zhì)污染等級(jí)劃分

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 單因子評(píng)價(jià)

由表3可知，大連市41處地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)全部超標(biāo)，其中3處監(jiān)測(cè)點(diǎn)為Ⅳ類，其余均為Ⅴ類。超標(biāo)項(xiàng)目主要有總硬度、溶解性總固體、總大腸菌群、菌落總數(shù)、硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、鋁、碘化物、耗氧量。而硫酸鹽、氯化物、鈉、氟化物、砷、二硝基甲苯等項(xiàng)目雖有檢出，但未超標(biāo)。其余大部分項(xiàng)目均未檢出。

表3 大連市41處地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征值

3.2 內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)

內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表4，由表4可知，大連市41處地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)中，“中等”級(jí)別兩個(gè)，占比4.9%；其余均為“差”，占比95.1%。內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)與單因子評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致，說(shuō)明大連市地下水超標(biāo)情況極為普遍，污染程度嚴(yán)重。

3.3 污染現(xiàn)狀分析

由表3分析超標(biāo)項(xiàng)目在41處地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的超標(biāo)比例，分別為：總大腸菌群97.6%、菌落總數(shù)92.7%、鐵48.8%、錳36.6%、鋁29.3%、溶解性總固體29.3%、硝酸鹽26.8%、總硬度24.4%、碘化物12.2%、氨氮9.8%。超標(biāo)污染物主要為微生物指標(biāo)、

表4 污染評(píng)價(jià)結(jié)果

金屬元素、含氮化合物、總硬度以及溶解性總固體，其中微生物指標(biāo)污染最為嚴(yán)重，涉及大部分地下水，其余污染物均出現(xiàn)不同程度的超標(biāo)。

精養(yǎng)是超出一般粗放式和常規(guī)的、依據(jù)科學(xué)道理的、與時(shí)俱進(jìn)的行為。從現(xiàn)代汽車養(yǎng)護(hù)而言，科學(xué)養(yǎng)護(hù)就是遵循先檢測(cè)(如對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)在用油的檢測(cè))，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果實(shí)行有針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)方案的養(yǎng)護(hù)理念和技術(shù)。針對(duì)傳統(tǒng)汽車維修而言，精養(yǎng)就是先診斷后維修，從科學(xué)檢測(cè)、經(jīng)制定科學(xué)維修方案、到實(shí)施科學(xué)工藝，從設(shè)計(jì)角度、工作原理分析、材料選擇、加工、以數(shù)據(jù)圖形集成和分析、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)籌到精裝配的維修全過(guò)程。精養(yǎng)是建立在“人、環(huán)境、設(shè)備工具、工藝、流程”等精細(xì)化、精致化基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)的結(jié)果。這也就是說(shuō)我們執(zhí)行的所有工藝標(biāo)準(zhǔn)必須是可量化的，而不只是經(jīng)驗(yàn)值，所有的標(biāo)準(zhǔn)必須可追溯，既必須是符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

分析超標(biāo)項(xiàng)目在41處地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)的超標(biāo)倍數(shù)：總大腸菌群超標(biāo)2～832倍，菌落總數(shù)超標(biāo)3～6.4倍，鐵超標(biāo)0.1～37.0倍，錳超標(biāo)0.2～35.0倍，鋁超標(biāo)0.2～33.0倍，溶解性總固體超標(biāo)0.2～2.8倍，硝酸鹽超標(biāo)0.5～2.7倍，總硬度超標(biāo)0.2～1.0倍，碘化物超標(biāo)0.3～24.0倍，氨氮超標(biāo)1.3～18.0倍?？偞竽c菌群超標(biāo)最為嚴(yán)重，平均超標(biāo)400倍，其次是金屬元素，而鐵、錳、鋁的平均超標(biāo)倍數(shù)分別為8.4倍、5.3倍、3.8倍。氨氮和碘化物超標(biāo)倍數(shù)分別為6.4倍和5.8倍?？傮w看來(lái)，大連市地下水不僅超標(biāo)現(xiàn)象普遍，且超標(biāo)程度較高。

4 超標(biāo)原因分析

從監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果看，大連市地下水污染主要為微生物指標(biāo)的總大腸菌群和菌落總數(shù)，金屬元素中的鐵、錳、鋁，含氮化合物中的硝酸鹽和氨氮，總硬度與溶解性總固體，以及碘化物。污染最為嚴(yán)重的是微生物指標(biāo)，其次是金屬元素、含氮化合物、總硬度和溶解性總固體以及碘化物。

4.1 微生物指標(biāo)

微生物指標(biāo)超標(biāo)主要是由于生活污染和畜禽養(yǎng)殖污染。大連市地下水井主要分布在農(nóng)村地區(qū)，生活污染物排放缺乏管理和限制。生活垃圾和排泄物的隨意排放，化糞池、污水坑的直接滲濾，都會(huì)使大量細(xì)菌病毒進(jìn)入地下水，造成地下水污染。研究表明，微生物能夠在土壤下包氣帶中快速遷移200～300m，細(xì)菌和病毒在巖層和黏土層中能夠快速滲入到周邊地下水中，且長(zhǎng)時(shí)間在地下水環(huán)境中存活[2-3]。同時(shí)，有些農(nóng)村地區(qū)利用生活污水灌溉，更會(huì)造成大規(guī)模地下水環(huán)境破壞，尤其是微生物污染的蔓延。

養(yǎng)殖業(yè)污染也是造成地下水微生物超標(biāo)的重要因素。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，大連市畜禽養(yǎng)殖的規(guī)模不斷擴(kuò)大，糞便和污水量與日俱增。再加上城市化建設(shè)，養(yǎng)殖場(chǎng)多集中至農(nóng)村地區(qū)，加以缺乏應(yīng)有的排放管理和環(huán)保處置措施，導(dǎo)致攜帶大量細(xì)菌病毒的污染物肆意排放，通過(guò)淋溶滲濾進(jìn)入地下水，造成微生物污染。

4.2 金屬指標(biāo)

鐵、錳、鋁元素是自然界中存在較多的金屬元素，大量存在于土壤中的巖石層和礦層。由于環(huán)境污染影響，土壤酸性較低，加上酸雨的沖刷，土壤內(nèi)部的金屬元素會(huì)通過(guò)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化為能溶于水的離子形式滲入地下水，并在地下水中蓄積，造成濃度超標(biāo)[4]。再加上地下水環(huán)境溶解氧水平較低，容易形成兼性厭氧條件，更有利于Fe(OH)3、MnO2以及Al2O3等難溶性金屬氧化物中的金屬元素還原為溶解性的Fe2+、Mn2+和Al3+[5]。

大連市地下水鐵、錳、鋁的超標(biāo)主要是由于所處地質(zhì)環(huán)境中含有較為豐富的金屬元素，它們通過(guò)氧化還原作用和特殊的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)入地下水。同時(shí)地下水中較高濃度的微生物含量，加快了其兼性厭氧環(huán)境，進(jìn)一步加劇了金屬元素的還原。同時(shí)三面沿海的特殊地理?xiàng)l件，更利于金屬元素的還原和積累，使得超標(biāo)現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

4.3 含氮化合物

大連市地下水中硝酸鹽超標(biāo)較為普遍，超標(biāo)率接近1/3。氨氮超標(biāo)程度較高，亞硝酸鹽雖無(wú)明顯超標(biāo)情況，但本底值較高。含氮化合物的超標(biāo)主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，田間化肥、養(yǎng)殖廢料以及生活污水排放，使得大量氮素進(jìn)入土壤內(nèi)部，在微生物的作用下,部分氨氮經(jīng)硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。由于硝酸鹽氮易溶于水，不易被土壤膠體吸附[6]，因此隨降水和淋溶作用進(jìn)入地下，導(dǎo)致地下水中硝酸鹽和氨氮的污染。大連市的農(nóng)業(yè)面源污染一直較為嚴(yán)重，地表水的氮素含量較高，使大量氮素由降水淋溶、滲濾作用以及地表水補(bǔ)給進(jìn)入地下水環(huán)境。

4.4 總硬度與溶解性總固體

大連市地下水中總硬度和溶解性總固體的超標(biāo)主要有以下3個(gè)原因：

a.海水入侵破壞地下水環(huán)境水鹽平衡，改變含水層水動(dòng)力條件。

b.工業(yè)廢水、生活垃圾以及農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)廢料進(jìn)入土壤內(nèi)部，促使巖層中碳酸鎂和碳酸鈣中的金屬元素轉(zhuǎn)化為易溶的鈣、鎂離子，由固相向水相遷移，造成地下水化學(xué)組分改變。

c.源于農(nóng)業(yè)和生活污染。生活垃圾和化肥農(nóng)藥隨淋溶、滲濾進(jìn)入土壤內(nèi)部，使沉積物中難溶的鈣鎂鹽類中的金屬元素經(jīng)離子交換轉(zhuǎn)化為易溶鈣鎂離子進(jìn)入地下水，同時(shí)改變地下水的物理化學(xué)組分，使總硬度和溶解性總固體超標(biāo)。

4.5 碘化物

大連市地下水碘化物出現(xiàn)部分超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)差別較大，且呈現(xiàn)點(diǎn)源分布，說(shuō)明碘化物超標(biāo)與自然環(huán)境有關(guān)。

大連為沿海地區(qū)，碘化物含量豐富，能夠隨降水淋溶和海水遷移進(jìn)入地下水，再加上沿海地帶地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，入海口區(qū)域存在大量富含有機(jī)質(zhì)的沉積物聚集，易形成高碘地下水環(huán)境。以往研究發(fā)現(xiàn)，海水入侵也是形成碘化物超標(biāo)的重要原因[7]，但根據(jù)碘化物與氯化物含量的相關(guān)性分析(R2=0.11)，兩者并無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系，同時(shí)氯化物在地下水中含量不高。由此可斷定碘化物超標(biāo)主要是由于沿海地區(qū)特殊的氣候、地質(zhì)條件以及易富碘環(huán)境，使得部分區(qū)域碘化物大量富集，呈現(xiàn)點(diǎn)狀式超標(biāo)。

5 結(jié) 論

a.采用單因子法和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)顯示，大連市地下水普遍遭受到較大程度的污染，整體呈現(xiàn)重度污染態(tài)勢(shì)。超標(biāo)污染物主要包括總硬度、溶解性總固體、總大腸菌群、菌落總數(shù)、硝酸鹽、氨氮、鐵、錳、鋁、碘化物。

b.分析超標(biāo)污染物發(fā)現(xiàn)，微生物指標(biāo)的糞大腸菌群和菌落總數(shù)污染最為嚴(yán)重，超過(guò)90%的地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)均出現(xiàn)超標(biāo)，平均超出Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值400倍。其次是金屬元素鐵、錳、鋁，超過(guò)1/3的監(jiān)測(cè)點(diǎn)受到污染，超標(biāo)倍數(shù)較高?？傆捕取⑷芙庑钥偣腆w、硝酸鹽、氨氮、碘化物等也存在不同程度的污染，超標(biāo)現(xiàn)象普遍。

c.微生物、含氮化合物以及總硬度和溶解性總固體的超標(biāo)主要來(lái)源于生活垃圾、農(nóng)業(yè)肥料和畜禽養(yǎng)殖廢料的肆意排放。金屬指標(biāo)超標(biāo)主要是由于特殊的地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致土壤中豐富的金屬元素進(jìn)入地下水，加上易形成的兼性厭氧環(huán)境。碘化物的超標(biāo)則是由于沿海地帶特殊的氣候和地質(zhì)條件，使部分地區(qū)形成富碘環(huán)境。

綜上，大連市地下水水質(zhì)超標(biāo)是人為污染和自然因素共同作用導(dǎo)致的。因此，加強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)肥料的合理使用、生活污染排放的處理以及養(yǎng)殖業(yè)排放的管理限制是地下水污染防治的關(guān)鍵。