雄縣地下水多組分含量分析及水質(zhì)評價(jià)

賈亮亮 田曉華

(河北省水文工程地質(zhì)勘查院，石家莊 050021)

前言

地下水作為水資源的重要組成部分，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，保障了糧食安全生產(chǎn)[1]。地下水是河北省主要的供水水源，特別是在河北平原的廣大農(nóng)村、壩上高原等地區(qū)，地下水甚至是唯一可利用的水源[2]。地下水化學(xué)成分比較復(fù)雜，要想快速準(zhǔn)確測定出各組分的含量，需要采用容量法和多種儀器分析法的有機(jī)結(jié)合才能快速準(zhǔn)確完成[3-4]。

目前，文獻(xiàn)報(bào)道較多的是單一方法測定地下水中的化學(xué)組分[5-6]，而對多種分析方法有機(jī)配套使用，以及通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析地下水化學(xué)特征一并研究的報(bào)道較少。本文結(jié)合雄縣地理位置，采取43組地下水，通過儀器分析和容量分析有機(jī)結(jié)合的方式，對地下水中多種化學(xué)成分進(jìn)行快速準(zhǔn)確測定。按照《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)對水質(zhì)現(xiàn)狀予以評價(jià)，研究結(jié)果對了解雄縣地下水水質(zhì)現(xiàn)狀具有重要意義，同時(shí)也為該區(qū)地下水資源的合理開發(fā)利用和科學(xué)管理提供依據(jù)[7-8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集

用聚乙烯瓶作為采樣瓶，水樣采集前先用蒸餾水清洗3次，再用待采集水樣潤洗3次，采樣時(shí)嚴(yán)格防止氣泡進(jìn)入。根據(jù)不同的測試指標(biāo)，加入相應(yīng)的保護(hù)劑，防止氧化、還原、吸附等物理、化學(xué)變化的發(fā)生，取樣后密封保存，送至實(shí)驗(yàn)室檢測。樣品從取樣、保存、送檢均按標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格管理，操作過程按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 水樣的采集與保存》中所規(guī)定的方法進(jìn)行，共取地下水水樣43組。

1.2 儀器與試劑

Optima 7000 DV等離子體發(fā)射光譜儀(美國Perkin-Elmer公司)，IC-6000離子色譜儀(安徽皖儀科技股份有限公司)，PF6-3原子熒光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，T6紫外-可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)，PHS-3C型酸度計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)。

鉀、鈉、鈣、鎂、砷、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、氨標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液(1 mg/mL)；氟化物、二氧化硅、亞硝酸鹽、碘化物標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg/mL)。

1.3 儀器條件

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：RF 功率1 350 W，等離子體氣流量13.0 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化氣流量0.8 L/min，樣品流速1.5 mL/min。

原子熒光光度計(jì)：燈電流50 mA，負(fù)高壓280 V，原子化溫度200 ℃。

離子色譜儀：色譜柱NJ-SA-4A(4 mm×250 mm)，淋洗液碳酸鈉(1.8 mmol/L)+碳酸氫鈉(1.7 mmol/L)，進(jìn)樣體積50 μL，流速1.5 mL/min，柱溫30 ℃，抑制電流40 mA。

1.4 樣品測定

鉀、鈉、鎂、鈣采用ICP-OES測定，砷采用原子熒光光度計(jì)測定，硫酸鹽和硝酸鹽采用離子色譜法測定，氨、亞硝酸鹽、氟化物、偏硅酸、碘化物采用紫外分光光度法測定，氯化物、總硬度、總堿度、重碳酸鹽采用滴定法，溶解性總固體采用重量分析法。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品測定結(jié)果

從野外采取的水樣按實(shí)驗(yàn)方法，對采樣點(diǎn)各組樣品進(jìn)行測定，選取有代表性的8個(gè)樣品測定結(jié)果列于表1。

表1 采樣點(diǎn)各組分測試結(jié)果

2.2 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

對一定濃度水平的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行多次平行測定，以考察方法的精密度和準(zhǔn)確度，結(jié)果如表2所示，測得的均值在允許誤差范圍內(nèi)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.30%～3.7%，表明方法準(zhǔn)確度較高，且具有良好的重現(xiàn)性。

表2 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

2.3 方法檢出限

在儀器的最佳條件下，按照實(shí)驗(yàn)方法重復(fù)n(n≥7)次空白實(shí)驗(yàn)，將各測定結(jié)果換算為樣品中的濃度，計(jì)算n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式MDL=t(n- 1，0.99)×S計(jì)算檢出限。分光光度法以扣除空白值后的值與 0.01 吸光度相對應(yīng)的濃度值作為檢出限，滴定法根據(jù)所用的滴定管產(chǎn)生的最小液滴的體積來計(jì)算。K+、Na+、Ca2+、Mg2+、NH4+、 HCO3-、Cl-、SO42-、NO3-、NO2-、F-、碘化物、偏硅酸、As的檢出限分別為0.020、0.005、0.011、0.013、0.04、1.2、1.0、0.75、0.40、0.004、0.10、0.002、1.3、0.001 mg/L。

2.4 水化學(xué)特征

地下水的化學(xué)成分是地下水與環(huán)境長期相互作用的產(chǎn)物，對其進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析是研究其水化學(xué)特征的基礎(chǔ)，分析結(jié)果見表3。

由表3可知：研究區(qū)地下水中pH值在7.06～8.50之間，均值為7.98，屬偏弱堿性水。在各評價(jià)指標(biāo)中，pH值和偏硅酸含量在空間上變異最低(CV<30%)；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空間變異性最高(CV>100%)；其余指標(biāo)的空間變異中等(CV=30%～100%)。

表3 地下水化學(xué)組分特征統(tǒng)計(jì)

該區(qū)地下水中陽離子均值由大到小順序?yàn)镹a+>Ca2+>Mg2+>K+，以Na+為主；陰離子均值由大到小依次為HCO3->SO42->Cl->F-，以HCO3-為主。通過描述性統(tǒng)計(jì)分析地下水的化學(xué)成分有助于了解地下水中化學(xué)成分富集，變化規(guī)律。

2.5 水化學(xué)類型

對水質(zhì)檢測結(jié)果進(jìn)行舒卡列夫分類[9]，區(qū)內(nèi)地下水化學(xué)類型共計(jì)8種，但以HCO3-Na型為主。進(jìn)一步采用三元相圖對研究區(qū)內(nèi)的地下水進(jìn)行水化學(xué)分析，以反映水樣的一般化學(xué)特征及各種離子的相對含量。在陽離子三角圖中(圖1a)，水樣點(diǎn)大部分散落在三角形的頂部，只有三個(gè)點(diǎn)位的Ca2+、Mg2+相對含量較高；在陰離子三角圖中(圖1b)，水樣點(diǎn)絕大部分散落在三角形的右上部，Cl-貧乏。

圖1 三元相圖Figure 1 Ternary plot.

2.6 水質(zhì)評價(jià)

采用《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848—2017)作為評價(jià)依據(jù)，對地下水質(zhì)量分類(Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類)賦予值的12個(gè)化學(xué)組分進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)。單指標(biāo)評價(jià)：按指標(biāo)值所在的限值范圍確定地下水質(zhì)量類別，指標(biāo)限值相同時(shí)，從優(yōu)不從劣；地下水質(zhì)量綜合評價(jià)：按單指標(biāo)評價(jià)結(jié)果最差的類別確定，評價(jià)結(jié)果見表4。

從表4的評價(jià)結(jié)果可以看出，研究區(qū)水質(zhì)總體狀況較好，多為Ⅱ類和Ⅲ類，適用于集中式生活飲用水水源及工農(nóng)業(yè)用水；少數(shù)地區(qū)地下水化學(xué)組分含量較高，評價(jià)結(jié)果為Ⅳ類，適用于農(nóng)業(yè)和部分農(nóng)業(yè)用水，但適當(dāng)處理后仍可做生活飲用水。

表4 水質(zhì)評價(jià)結(jié)果

3 結(jié)論

通過野外調(diào)查取樣，采用儀器分析和容量法相結(jié)合的方式，對研究區(qū)內(nèi)的43組地下水進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測，獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果。綜合運(yùn)用描述性數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，分析了雄縣地下水的主要離子特征，并運(yùn)用綜合評價(jià)法對地下水質(zhì)量予以評價(jià)。得到以下結(jié)論：

1)該區(qū)地下水偏弱堿性，地下水化學(xué)類型以HCO3-Na型為主；

2)pH值和偏硅酸含量在空間上變異最低；Mg2+、Cl-、SO42-、碘化物的空間變異性最高；其余化學(xué)組分的空間變異中等；

3)水質(zhì)評價(jià)結(jié)果表明，該區(qū)地下水水質(zhì)總體情況較好，多為Ⅱ水和Ⅲ類水。少數(shù)地區(qū)地下水化學(xué)組分含量較高，評價(jià)結(jié)果為Ⅳ類，適用于農(nóng)業(yè)和部分農(nóng)業(yè)用水，但適當(dāng)處理后仍可做生活飲用水。