地下水重金屬污染及防治研究進展

曹思卉，王 穎

（上海市中檢集團理化檢測有限公司，上海 200436）

隨著人類文明的進步，現(xiàn)代社會的發(fā)展越來越來，人們對于工業(yè)生產(chǎn)的需求也在不斷增加。一方面工業(yè)生產(chǎn)無可避免的會需要使用大量的水，并且需要排出生產(chǎn)過后經(jīng)過處理的廢水，但是有些工廠的不處理就排出或者處理不到位就排出的廢水很容易污染到地下的水源，使得本來就并不充裕的水資源進一步被污染。這些水源一旦被動植物使用到，很容易通過食物鏈最終將廢水中含有的大量重金屬堆積在人體內(nèi)，給人們的生活帶來危害。因此研究地下水的重金屬污染以及如何有效的防治成了重中之重。

1 地下水重金屬污染來源

通過天然因素和人為因素可以將地下水重金屬分為兩類。其中如火山噴發(fā)活動，森林火災(zāi)等就屬于天然污染源。而人為污染源則主要有：城市工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的農(nóng)藥化肥以及殺蟲劑等、化石燃料燃燒。這些污染會隨著雨水或者人類地下水開采活動導(dǎo)致污染源深入到地下水的含水層中，從而污染地下水源[1]。地下水重金屬污染帶來的問題不容小覷，一方面重金屬含有著毒性、難以降解、生物富集性等等危害，另一方面持續(xù)性也極強，一旦沒有辦法消除，在水源中則會不斷地累積到生物鏈上。

農(nóng)村地區(qū)中的化肥和農(nóng)藥的過度使用或者不合理的使用也是導(dǎo)致地下水被重金屬污染的主要原因之一。一個方面是，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剛開始的階段，生產(chǎn)者會不斷的對農(nóng)作物進行施肥，以確保其可以茂盛生長，但是在很多農(nóng)村地區(qū)，村民往往會因為過于追求農(nóng)作物產(chǎn)量，導(dǎo)致施肥過度的問題。雖然這個確實促進了一部分農(nóng)作物的產(chǎn)量，但是由于過度的施肥會導(dǎo)致沒被吸收的肥料會流入土壤中，而化肥中是含有較多重金屬物質(zhì)的，這些重金屬就會隨著雨水等進入河流中或者是沉降到土壤中，最終進入地下層，從而造成嚴重的地下水重金屬污染。還有一個方面是生活垃圾處理不當導(dǎo)致的。在有些農(nóng)村地區(qū)一直以來的做法就是將垃圾直接扔到附近的水池或者土坑，這樣會導(dǎo)致垃圾中含有的重金屬物質(zhì)直接進入到土壤中，滲透到地下水中。而城市的工業(yè)垃圾處理，有一些做法是將垃圾填埋在土壤中，試圖讓垃圾自然降解。但是很明顯，土壤是沒有辦法降解含量如此大的重金屬污染物的垃圾，而且垃圾堆放處還會有積水產(chǎn)生，積水則會不斷的將污染物帶進更深的土壤層甚至到達地下水層。這樣都會嚴重影響地下水的使用[2]。

2 地下水重金屬污染的防治

近年來，隨著綠水青山就是金山銀山的保護環(huán)境的意識推進，地下水重金屬污染的防治技術(shù)也得到了發(fā)展，主要有以下三種技術(shù):1.物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)、生物處理技術(shù)[3]。

2.1 物理處理技術(shù)

物理處理技術(shù)主要是通過選擇合理的過濾分離技術(shù)，將水體中懸浮的固體分離過濾出來。優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作技術(shù)較低，對于經(jīng)費的要求不高。通過加入粗料，可以對已經(jīng)被污染的地下水進行過濾，過濾之后其中固體懸浮的金屬顆粒則可以利用篩網(wǎng)等裝置除去。在物理研究方面，使用濾膜是一個很不錯的方法，通過加入各類人工膜，使用電力差以及壓力差等的方法，使得固體的顆粒物被攔截，從而除去在污水中幾十微米的有毒有害金屬污染物[4]。在使用這種方法時，可以設(shè)置沉淀池，將污水在不同的位置進行處理，這樣可以有效的進行初次沉淀然后二次沉淀，可以更好地處理地下被污染的重金屬污水。

還有一種物理處理方法就是使用電力修復(fù)。具體做法是將直流電壓引入水中，然后通過控制電流的梯度從而將地下水中含有的金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可以遷移的離子，使其可以達到排放標準，對地下水進行有效的處理。

2.2 化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)在防治處理地下水重金屬方面也是應(yīng)用的比較多的一種方法，化學(xué)處理技術(shù)主要應(yīng)用的是氧化還原反應(yīng)，通過加入不同的還原劑與地下水中的重金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得重金屬反應(yīng)后成為沉淀物，從而過濾出來[5]。具體做法是將氧化劑或者還原劑，主要是看污水中重金屬以及其他污染物的成分來加入，使得重金屬反應(yīng)成為毒性低并且易沉積的產(chǎn)物。還可以使用帶有磁性的藥劑，最終得到的重金屬沉積物可以將其吸附分離，從而降低重金屬的毒性以及快速分離。這種方法具有可以大范圍使用，反應(yīng)周期短，成本低等的優(yōu)點，缺點是氧化劑和還原劑對于水體是否會產(chǎn)生二次污染尚需要進行考究，而且地下水中往往含有較多的不止一種的重金屬。所以選擇藥劑也是一個需要謹慎的問題。

2.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)主要有兩種類型，一種是植物修復(fù)技術(shù)，另一種是動物修復(fù)技術(shù)[6]。這兩種技術(shù)主要都是利用生物對地下水中的重金屬物質(zhì)進行降解，從而將地下水恢復(fù)到原來的狀態(tài)。植物修復(fù)技術(shù)主要是通過讓重金屬進入到植物內(nèi)部，然后在植物生長過程中，讓重金屬內(nèi)部進行離子融合，從而減少在地下水中的重金屬離子。而動物修復(fù)技術(shù)主要是通過加入研究改性過的細菌真菌等，對重金屬進行分解，從而治理被污染的地下水。生物處理技術(shù)具有綠色環(huán)保的效果，但是在某些方面的效果不如物理或者化學(xué)治理。

因此，在治理被重金屬污染的地下水時，應(yīng)該根據(jù)實際情況，綜合各種方法的優(yōu)點進行處理。

3 實際案例分析

上海市靜安區(qū)某河道于2019年3月參加上海中小河道綜合整治項目，結(jié)果不滿意，半年間，該公司經(jīng)過基礎(chǔ)的截污納管，并通過加入各類人工膜，使得固體的顆粒物被攔截。經(jīng)過半年整治，于2019年10月又進行第二次檢測，將兩次檢測結(jié)果進行對比。

兩次實驗均采用環(huán)境標準《HJ 700-2014 水質(zhì) 65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》，首先從方法驗證和不確定度兩方面來確保儀器性能良好，數(shù)據(jù)可靠，并用ICP-MS對實際采樣樣品進行常規(guī)重金屬分析。

3.1 方法驗證

對環(huán)境評價標準《GB 3838-2002地下水環(huán)境質(zhì)量標準》中規(guī)定的7種重金屬進行方法驗證。

3.1.1 方法檢出限及測定下限

對根據(jù)HJ168-2010標準按照樣品分析的全部步驟，對濃度為估計方法檢出限2～5倍的樣品重復(fù)測定7次，統(tǒng)計其偏差。此方法的檢出限為標準偏差的3.143倍，定量限為10倍的標準偏差。

表1 方法檢出限、測定下限測試數(shù)據(jù) 位：ug/L

3.1.2 準確度和精密度

（1）樣品基材：水。

（2）本底溶液：向蒸餾水中加入100ug/mL標準溶液1.0mL，定容到100mL作為基質(zhì)溶液。

（3）測試過程：取四個容量瓶，分別向樣品溶液中加入1ug/mL標準溶液0mL、1.0mL、2.5mL、4.0mL，定容至50mL容量瓶，搖勻，上機測定。

表2 方法準確度和精密度

3.2 不確定度

不確定度的來源：

（1）測量重復(fù)性引入的不確定度urel(r)。

（2）樣品定容體積產(chǎn)生的不確定度urel(V)。

（3）標準工作溶液配制引入的不確定度urel(std)。

（4）標準曲線回歸引入的不確定度urel(C)。

表3 測量重復(fù)性引入的不確定度urel(r)

定容體積的標準不確定度urel(V)=0.0008

表4 標準工作溶液配制引入的不確定度urel(std)

表5 標準曲線回歸引入的不確定度urel(C)

按公式對以上分量進行合成，得相對合成標準不確定度：

表6 各元素不確定度

從以上驗證可知，儀器性能良好，符合環(huán)境標準《HJ 700-2014 水質(zhì) 65種元素的測定 電感耦合等離子體質(zhì)譜法》中規(guī)定的儀器參數(shù)要求。

3.3 河道整治前后數(shù)據(jù)對比

表7 靜安某河道整治前后數(shù)據(jù)

從上表中可以看出根據(jù)環(huán)境評價標準《GB 3838-2002地下水環(huán)境質(zhì)量標準》中規(guī)定的7種重金屬進行檢測，在相同地點，相同條件下，治理前Cu已經(jīng)超過I類限值，Zn、Se、As也均有檢出，經(jīng)過半年多的物理整治，僅僅只是截污納管并安裝人工膜，經(jīng)過治理后的水與治理前的水相比，所有重金屬指標都大大降低，其中Cu已經(jīng)降至限值以內(nèi)，其余元素也均大幅降低。從本例可以看出，僅僅只是物理整治，重金屬各項指標就已經(jīng)能夠大幅降低，因此，整治中小河道刻不容緩。

4 結(jié)語

不同地區(qū)的地下水情況不一，受到的重金屬污染的情況也不一樣，只有針對不同的地區(qū)采用不同的方法，才能更有效的防治。水是我們?nèi)祟惖纳?，水是可以循環(huán)的，但是被污染了之后的水循環(huán)起來也是帶有毒害的[7]，所以城市發(fā)展建設(shè)，社會經(jīng)濟進步的同時，也應(yīng)該保護好我們珍貴的水資源，只有合理的開發(fā)地下水，不肆意將污染物排放，加上有效的污水治理方法，才能從根本上解決地下水污染的問題。