平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染及其檢測技術

鄒可可

（河南省平頂山水文水資源勘測局，河南 平頂山 467000）

平頂山礦區(qū)作為我國煤礦的主要產出區(qū)，近年來受到相關部門的大力開采，導致平頂山礦區(qū)周邊水體存在重金屬污染現象。周邊水體重金屬污染作為當今污染面積廣、污染程度嚴重的水文環(huán)境問題，必須給予足夠的重視[1]。周邊水體中所受到的重金屬污染主要包括：銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等，在周邊水體中比重超過4所形成的重金屬污染[2]。由于周邊水體重金屬污染物中包含對人類健康危害極大的生物學元素，也就是所謂的“五毒”，分別為：汞、鎘、砷、鉛以及鉻，這些生物學元素一旦通過食物鏈進入人體，會引發(fā)多種疾病，常見的有我國的“大脖子病”、泰國的“黑腳病”、日本的“骨痛病”以及粵北的“癌癥村”。因此，針對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染問題必須給予充足的重視，有針對性的提出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染研究。在我國，傳統(tǒng)關于水體的重金屬污染檢測技術，主要是通過化學分析的形式，得到重金屬污染檢測結果，但此技術在實際應用中存在誤差大的問題，無法為水體的重金屬污染治理提供精準、有效的數據。本文在此基礎上，通過設計平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測技術，致力于為平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染治理提供精準、有效的數據。

1 平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染

結合以往對于平頂山礦區(qū)周邊水體重金屬污染的研究中，本文首先采集平頂山礦區(qū)周邊水體作為研究對象。而后，通過計算平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬權值，判斷平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染等級。設平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬權值的計算表達式為p，則有公式（1）。

公式（1）中，k指的是內梅羅水體重金屬質量分數；j指的是水體體積。通過公式（1），得出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬權值，以此，得出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染主要信息。平頂山礦區(qū)周邊水體中Cr的最大污染指數為789.65；最小污染指數為15.89；平頂山礦區(qū)周邊水體背景值為58.66；重金屬污染平均質量分數354.67。平頂山礦區(qū)周邊水體中Pb的最大污染指數為108.65；最小污染指數為13.24；平頂山礦區(qū)周邊水體背景值為20.69；重金屬污染平均質量分數65.78。平頂山礦區(qū)周邊水體中Cd的最大污染指數為7.88；最小污染指數為1.59；平頂山礦區(qū)周邊水體背景值為0.06；重金屬污染平均質量分數4.57。平頂山礦區(qū)周邊水體中Mn的最大污染指數為886.23；最小污染指數為255.47；平頂山礦區(qū)周邊水體背景值為566.02；重金屬污染平均質量分數456.31。平頂山礦區(qū)周邊水體中Cu的最大污染指數為83.65；最小污染指數為14.69；平頂山礦區(qū)周邊水體背景值為19.56；重金屬污染平均質量分數35.64。由此可見，平頂山礦區(qū)周邊水體的主要重金屬污染元素為Cr以及Mn。

2 平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測技術

2.1 計算平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬累積指數

運用德國科學家 Müller提出的累積指數計算公式，計算平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬累積指數[3]。設平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬累積指數表達式為I，則有公式（2）。

公式（2）中，C i指的是平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬質量分數；k指的是平頂山礦區(qū)周邊水體背景值；Si指的是平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染地累積時長。為保證求得平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬累積指數的準確性，可以將平頂山礦區(qū)周邊水體中重金屬地累積指數導入數值組。在此過程中，不難發(fā)現重金屬地累積數值組的網格數會非常多。這就意味著，在計算地累積指數的實際操作過程中可能需要用并行機計算。

2.2 水體重金屬污染檢測多水平影響因素相互關系

在上述研究的基礎上，進一步深入研究平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬累積指數與重金屬污染檢測指標（TVB-N、TVC）之間相關關系。TVB-N的計算公式，如公式（3）所示。

公式（3）中，T指的是平頂山礦區(qū)周邊水體樣品的重金屬污染檢測所消耗鹽酸溶液的體積，單位為mL；B指的是所消耗鹽酸溶液的體積，單位為mL；M指的是平頂山礦區(qū)周邊水體樣品的容量，單位為ml。在明確TVB-N計算公式的基礎上，本文結合偏最小二乘回歸、多元線性回歸、最小二乘支持向量機，三種化學計量法相結合的方法，推導TVC的計算公式，如公式（4）所示。

公式（4）中，n指的是檢測的與類樣品數據集樣本個數；x1指的是檢測樣本揮發(fā)性鹽基氮含量的預測數值，單位為mg/100g；x2表示為揮發(fā)性鹽基氮含量的實際測量值，單位為mg/100g。通過公式（3）和公式（4）完成對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染的定量預測，為下文判斷平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級提供數據支持。

2.3 判斷平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級

本文采用中國水體環(huán)境質量標準一級標準(背景值)為參比值，以平頂山礦區(qū)周邊水體重金屬污染檢測多水平影響因素相互關系為標準，判斷平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級，當TVB-N≤0.5，TVC≤0.6時，平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級為安全；當0.5＜TVB-N≤1.5，0.6＜TVC≤1時，平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級為警戒線；當1.5＜TVB-N≤2.5，1＜TVC≤2時，平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級為輕污染；當2.5＜TVB-N≤3.5，2＜TVC≤3時，平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級為中污染；當TVB-N＞3.5，TVC＞3時，平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級為重污染。以上，為平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級判斷結果。

2.4 得出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測結果

通過上述可得出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬單因子污染等級，對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染含量進行測定，并將測定結果作為判斷平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染程度的參數標準，最終得出平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測結果為：Cr以及Mn具有極強的富集能力，為平頂山礦區(qū)周邊水體中重金屬污染超標元素。

3 實例分析

3.1 實驗準備

提出實例分析，選定平頂山礦區(qū)周邊水體為此次實驗的實驗試點，隨機在平頂山礦區(qū)周邊水體中抽取1000ml水試樣作為本次實驗的樣品。選取本次試驗中的檢測指標為Cr，首先，使用本文設計檢測技術檢測平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染質量分數，通過matalb軟件記錄檢測結果，設置為實驗組；再使用傳統(tǒng)檢測技術檢測平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染質量分數，同樣通過matalb軟件記錄檢測結果，設置為對照組。由此可見，本文實驗對比指標為兩種檢測技術下測得的檢測結果與實際重金屬污染質量分數之間的誤差，測得的檢測結果與實際重金屬污染質量分數之間的誤差越小，證明該檢測技術針對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測精度越高。本次實驗共設置檢測批次為10次。記錄實驗結果。

3.2 實驗結果與分析

整理實驗結果，如表1所示。

表1 重金屬污染檢測結果對比表

由表1中實驗結果可以看出，本文設計檢測技術檢測結果與實際重金屬污染質量分數相比誤差明顯低于對照組，通過本文上述可知，利用本文檢測技術對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染進行檢測具有一定的可行性，且檢測結果的準確性更高，可實現對平頂山礦區(qū)周邊水體重金屬污染的快速、無損、準確檢測。

4 結語

本文通過實例分析的方式，證明了設計檢測技術在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優(yōu)化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統(tǒng)平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測中存在的誤差高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染檢測結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染治理方法的優(yōu)化設計提出深入研究，以此為徹底解決平頂山礦區(qū)周邊水體的重金屬污染問題提供建議。