水環(huán)境重金屬污染現(xiàn)狀及其評(píng)價(jià)

張哲輝

（楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712100）

水作為生命之源，是自然和人類(lèi)生命不可或缺的組成部分。但隨著全球經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求不斷增加。近年來(lái)，由于人類(lèi)對(duì)淡水的消耗成倍增加，導(dǎo)致水資源短缺的現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。最嚴(yán)重的是廢水大規(guī)模地不經(jīng)處理直接排放，污染了干凈的水資源，以上這些問(wèn)題都嚴(yán)重影響了水資源的結(jié)構(gòu)、功能和使用。其中，重金屬水污染不僅阻礙了經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，還嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的健康和生存。

1 水環(huán)境重金屬污染現(xiàn)狀

水資源主要是指河流、湖泊、水庫(kù)和海洋。水環(huán)境重金屬污染是指重金屬排入水中產(chǎn)生了污染的現(xiàn)象，且這些重金屬污染超出了水環(huán)境本身的可洗性。這樣就會(huì)改變水的成分和性質(zhì)，既影響了水中的生物生長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及人類(lèi)的生命和健康。而通過(guò)對(duì)水源的分析發(fā)現(xiàn)，主要污染來(lái)自汞，其中，地表水中的汞含量較高，鉻和鉛的濃度也相對(duì)較高；其他重金屬，如鎳、鉈、鈹和銅，也非常嚴(yán)重。眾所周知，長(zhǎng)江流域是我國(guó)最大的河流之一，但根據(jù)相關(guān)研究和報(bào)告，三峽庫(kù)區(qū)江段沉積物中重金屬含量主要來(lái)源于上游沉積物，以及沿河排放的城市和工業(yè)廢水[1]。

1.1 我國(guó)水環(huán)境污染

當(dāng)前，水污染問(wèn)題普遍存在：不同地區(qū)的河流和湖泊污染已不同程度地出現(xiàn)了污染情況，其中，重金屬污染相對(duì)較高。如在山東省的黃浦江及以上地區(qū)都存在嚴(yán)重的重金屬污染，即相關(guān)飲用水源的汞平均濃度比現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)重。就金屬含量而言，原生元素與水鹽含量、pH值等密切相關(guān)。如果水資源具有相對(duì)較高的鹽濃度，水下沉積物中就會(huì)出現(xiàn)相對(duì)較低的金屬含量，從而會(huì)降低影響和重力含量。此外，水生環(huán)境中重金屬污染的分布通常具有高海岸擴(kuò)散和低海岸擴(kuò)散以及相對(duì)較高的沉積物含量的特點(diǎn)。

同時(shí)，水環(huán)境中的重金屬可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境影響，例如，松花江下游河道，在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估期間，該河流沉積物中的重金屬含量相對(duì)較高，再加上水環(huán)境中的重金屬污染問(wèn)題受到水位季節(jié)變化的影響，所以，需要相關(guān)檢查機(jī)構(gòu)予以關(guān)注。因此，為了提高水環(huán)境中重金屬檢測(cè)的效率，應(yīng)提前進(jìn)行相對(duì)全面的分析，從而制定污染水環(huán)境的金屬排放標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 國(guó)外水環(huán)境重金屬污染的狀況

經(jīng)實(shí)踐調(diào)查表明，國(guó)外水環(huán)境受到重金屬的污染相對(duì)較重，如美國(guó)約有15 000家公司從事電氣工程和金屬加工，因此直接或間接排放的廢水污染了正常水環(huán)境。

1.3 不發(fā)達(dá)國(guó)家水環(huán)境的污染狀況

現(xiàn)在，印度是一個(gè)有著大多數(shù)農(nóng)民和以家庭居住為單位的發(fā)展中國(guó)家。因此，農(nóng)業(yè)污染源污染也比較嚴(yán)重，造成這種情況的主要原因是洪水造成的沖刷，以及與水環(huán)境有關(guān)的問(wèn)題。納塞爾湖是埃及南部世界上最大的人工湖，到目前為止，只發(fā)現(xiàn)畜牧業(yè)是水污染的主要原因，主要是因?yàn)樵摰貐^(qū)的農(nóng)場(chǎng)廣泛使用化肥和殺蟲(chóng)劑。通過(guò)調(diào)查研究表明，在魚(yú)的各個(gè)器官中，都有一定比例的銅和鋅存在魚(yú)的肝臟中[2]。

1.4 國(guó)內(nèi)外水環(huán)境重金屬污染的來(lái)源

在國(guó)內(nèi)外的水環(huán)境發(fā)現(xiàn)，重金屬污染主要為銅、鋅、鉛、汞等污染。而金屬污染的主要原因是化學(xué)品、采礦、金屬冶煉、加工、金屬、船帆生產(chǎn)、一些農(nóng)藥和廢水等。通常，水環(huán)境中的重金屬也因地區(qū)而異，如果進(jìn)行整體分析，相對(duì)先進(jìn)的國(guó)家會(huì)受到較高的工業(yè)排放的影響，例如：美國(guó)的金屬電鍍，英國(guó)的金屬熔煉，以及波蘭的采礦；還有印度和一些非洲國(guó)家農(nóng)業(yè)污染方面的影響，這些國(guó)家的主要污染根源是化肥和農(nóng)藥的使用。因此，必須高度重視這些行業(yè)，并有針對(duì)性地進(jìn)行監(jiān)督管理和全面控制。

2 水環(huán)境重金屬污染的評(píng)價(jià)方法

若水環(huán)境中存在較高的重金屬含量，不僅會(huì)危及水資源的平衡，也會(huì)危及人類(lèi)健康。因此，要從水的保護(hù)、從重金屬效應(yīng)上進(jìn)行優(yōu)化，以確保人類(lèi)與生態(tài)和諧發(fā)展[3]。

水環(huán)境重金屬污染評(píng)價(jià)方法主要包括：一是水質(zhì)直接評(píng)價(jià)方法，二是沉積物評(píng)價(jià)方法。到目前為止，水資源評(píng)估通常采用指數(shù)法、綜合分級(jí)法、概率統(tǒng)計(jì)法、模糊數(shù)學(xué)法，以此對(duì)主要河流的水質(zhì)進(jìn)行整體評(píng)估。許多科學(xué)家認(rèn)為，沉積物是水生環(huán)境中重金屬污染的指標(biāo)。因此，通常會(huì)通過(guò)沉積物分析來(lái)評(píng)估水體中的重金屬污染。

沉積物水質(zhì)量評(píng)價(jià)方法主要包括：化學(xué)分析指數(shù)法、生物監(jiān)測(cè)法和化學(xué)與生物學(xué)相結(jié)合的方法。其中，化學(xué)分析指數(shù)法包括累積法、元素富集指數(shù)法、對(duì)比度和閾值法、潛在生態(tài)危害指數(shù)法等。而生物方法包括研究全球沉積物毒性和底棲生物評(píng)估。而采用地質(zhì)累積指數(shù)法、元素富集閾值指數(shù)法、潛在生態(tài)損害指數(shù)法等方法，可以對(duì)沉積物中重金屬的污染狀況和分布進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。當(dāng)前，化學(xué)方法和生物方法被廣泛地應(yīng)用于水環(huán)境中重金屬污染的評(píng)估。然而，不同的方法各有利弊。如物理方法或化學(xué)方法相對(duì)繁瑣、耗時(shí)且投入成本較高，而且，所獲得的結(jié)果無(wú)法直接反映特定水生環(huán)境的潛在毒性；生物方法更敏感、更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)，但對(duì)環(huán)境的影響也更大[4]。

在實(shí)際研究和工作中，很難用單一的評(píng)估方法解決復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題。因此，化學(xué)方法和生物方法是有效的評(píng)估方法。C-B-T質(zhì)量三合一方法是一種化學(xué)和生物學(xué)的綜合實(shí)踐方法。在綜合數(shù)據(jù)庫(kù)CERP DBMS的框架內(nèi)，可使用三合一儀器對(duì)水沉積物的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估和評(píng)估，該儀器將化學(xué)分析（C）、毒性鑒定（T）和底棲生物群落的結(jié)構(gòu)變化（B）整合到三軸地圖和相關(guān)信息中。同時(shí)，C-B-T質(zhì)量三合一方法評(píng)估了河流沉積物中重金屬污染質(zhì)量控制基準(zhǔn)，以及重金屬污染物的化學(xué)、毒理學(xué)和生態(tài)學(xué)。此外，相平衡分布法也是一種化學(xué)和生物相結(jié)合的方法。該方法是一種用于河流沉積物重金屬污染質(zhì)量控制的相位平衡分配方法的系統(tǒng)研究，而且，還使用EQP方法對(duì)水環(huán)境中重金屬污染狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估和研究。

3 重金屬?gòu)U水的危害

通常，重金屬?gòu)U水中主要含有鎘、鎳、鋅、錳、銅、鉛和砷等金屬。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，重金屬?gòu)U水的污染程度不同，對(duì)人類(lèi)和環(huán)境的影響也不同。

如當(dāng)鎘進(jìn)入到胃、肝、胰腺和甲狀腺時(shí)，會(huì)損害腎臟；銅是人體的重要組成部分，會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)、某些酶的活性和內(nèi)分泌腺的功能。人缺少銅會(huì)導(dǎo)致貧血、脫發(fā)、骨骼和動(dòng)脈損傷，甚至腦部疾病。然而，過(guò)多的銅會(huì)刺激消化系統(tǒng)，導(dǎo)致腹痛、嘔吐，并可能導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)障礙、知覺(jué)受損以及肝臟損傷[5]；鉛在低濃度環(huán)境中是穩(wěn)定的，但在高濃度下是危險(xiǎn)的。鉛及其化學(xué)物質(zhì)主要是通過(guò)呼吸、消化過(guò)程中的灰塵或煙霧進(jìn)入人體，主要會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)和相應(yīng)的行為模式造成傷害；由于鋅是人體必需的微量元素，且在人體中，正常的鋅含量在2～3 g之間。由此可以看出，鋅也是人體某些細(xì)胞類(lèi)型的基本成分，但是過(guò)多的鋅會(huì)導(dǎo)致急性腹痛。

此外，汞及其化合物具有劇毒性，很容易從皮膚、呼吸和消化系統(tǒng)疾病中被吸收，該物質(zhì)會(huì)攻擊中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并造成人們的身體、鼻子、腎臟和肝臟的損傷。其中，甲基汞極易降解，尤其會(huì)在大腦中積累，毒性最大；鎳和它的化學(xué)物質(zhì)的毒性主要存在于酸性磷酸酶等酶中，會(huì)刺激人體黏膜和呼吸道，并引起皮炎、支氣管炎甚至肺炎。其中，羰基鎳的毒性更大，是一種有毒的混合物；砷及其化學(xué)物質(zhì)被歸類(lèi)為致癌物質(zhì)，因此，砷的劑量增加可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問(wèn)題。經(jīng)研究表明，飲用水中砷含量超標(biāo)會(huì)顯著增加肺癌發(fā)病率以及皮膚癌和膀胱癌，且若人們長(zhǎng)期處在砷暴露的環(huán)境下，會(huì)造成皮膚病變、心血管疾病、精神病和糖尿病等疾病。

4 水環(huán)境重金屬污染檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展分析

為了有效解決水污染中的重金屬污染，可將幾種修復(fù)技術(shù)一起應(yīng)用，并不斷創(chuàng)新技術(shù)和方法，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，提高重金屬污染防控的有效性，同時(shí)，充分發(fā)揮出多種檢測(cè)技術(shù)的作用。

4.1 電化學(xué)分析法

電化學(xué)分析法作為水環(huán)境中重金屬污染檢測(cè)的重點(diǎn)，可在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中充分發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，以保證檢測(cè)工作的順利進(jìn)行。

首先，對(duì)于電位檢測(cè)，測(cè)定必須在電流為零的情況下進(jìn)行，利用電位，分析檢測(cè)功能，在分析明確后，收集和濃縮檢測(cè)濃度。因此，在電位分析的實(shí)際應(yīng)用中，必須要提前充分了解其優(yōu)勢(shì)所在，以便更好地開(kāi)展后續(xù)工作。

其次，在應(yīng)用伏安法與極譜法時(shí)，可將電氣和化學(xué)分析作為電解工作，形成電流、電位與實(shí)踐曲線(xiàn)圖，允許優(yōu)化測(cè)試，以提高其有效性，同時(shí)改進(jìn)測(cè)試順序[6]。但在應(yīng)用這兩種檢測(cè)方法時(shí)，要了解其中的差異性。如伏安法不同于極譜法使用的電極，但伏安法檢測(cè)的下限相對(duì)較低，可在現(xiàn)場(chǎng)或在線(xiàn)進(jìn)行測(cè)試，所以能發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)和作用，從而為以后的測(cè)試提供更多幫助。

最后，電導(dǎo)率的測(cè)定，即在實(shí)際使用電導(dǎo)率溶液時(shí)必須提前測(cè)量，這樣才能測(cè)定濃度。如可用滴定法進(jìn)行電導(dǎo)率測(cè)定，也可以用直接電導(dǎo)率進(jìn)行具體分析，因此，可以很好地發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。但由于使用這種方法很繁瑣，甚至?xí)艿蕉喾N因素的影響，因此，檢測(cè)效率無(wú)法得到有效提高。

4.2 光譜法

首先，原子熒光輻射與分子的顏色濃度成正比，與相應(yīng)測(cè)量值的反應(yīng)為正。然而，原子擴(kuò)散和與之相關(guān)的光譜，是由于這種材料的相對(duì)應(yīng)用，以及通過(guò)電和熱來(lái)保存。但隨著元件數(shù)量的增加，其檢測(cè)精度會(huì)降低。

其次，原子吸收光譜法主要測(cè)量原子輻射強(qiáng)度與元素含量之比，是在相對(duì)較高的水平上測(cè)量的，通常是用火焰或石墨進(jìn)行測(cè)試。然而，由于各種因素，測(cè)試相當(dāng)復(fù)雜，設(shè)備相對(duì)昂貴。因此，還以可以使用ASE光源進(jìn)行測(cè)量和分析，相對(duì)快速，干擾因素相對(duì)較少，允許檢測(cè)多個(gè)元素，并可以充分保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。但由于在運(yùn)行過(guò)程中投入的總設(shè)備成本相對(duì)較高，因此，有必要在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，以確保設(shè)備的質(zhì)量，同時(shí)防止不良因素對(duì)設(shè)備造成損壞。

5 提高水環(huán)境重金屬污染檢測(cè)質(zhì)量的方式

5.1 重點(diǎn)做好準(zhǔn)備工作

對(duì)于水生環(huán)境的測(cè)試，即使有多種檢測(cè)技術(shù)的支持，也有必要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)水生環(huán)境進(jìn)行采樣，以及應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備和材料，以確保校準(zhǔn)質(zhì)量。同時(shí)，在開(kāi)始工作之前，還要對(duì)溶液樣品實(shí)施捕集和卸壓裝置，以確保后續(xù)試驗(yàn)的順利進(jìn)行，并充分利用各種技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。關(guān)于資源儲(chǔ)備應(yīng)進(jìn)行資源需求和設(shè)備的預(yù)分析，并選擇適當(dāng)?shù)姆桨?，要以適當(dāng)?shù)姆绞綔y(cè)量水質(zhì)，提升檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。由以上內(nèi)容可以看出，準(zhǔn)備工作是監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)。

5.2 取樣和測(cè)試應(yīng)以合理的方式進(jìn)行

在進(jìn)行水生環(huán)境重金屬污染的采樣時(shí)，應(yīng)進(jìn)行相對(duì)廣泛的分析，并進(jìn)行預(yù)優(yōu)化和調(diào)整，以確保測(cè)試質(zhì)量，使其符合所有測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。因此，在實(shí)際測(cè)試中，應(yīng)選擇抽樣，這樣實(shí)用性和認(rèn)可度都相對(duì)較高。同時(shí)，責(zé)任部門(mén)還應(yīng)承擔(dān)自己的責(zé)任，確保試驗(yàn)取樣順利進(jìn)行。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)采樣方案的運(yùn)用

采樣是水環(huán)境重金屬污染檢測(cè)的重要組成部分。因此，為了提高總體抽樣的準(zhǔn)確性，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)抽樣方案進(jìn)行分析和調(diào)整，以確保符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外，在施工現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展工作之前，必須要優(yōu)化和更新各個(gè)流程，調(diào)整每個(gè)環(huán)節(jié)，確保采樣方案順利實(shí)施。在采樣期間，相關(guān)人員不得離開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)，必須遵守采樣標(biāo)準(zhǔn)。而在取樣完成后，必須及時(shí)進(jìn)行儲(chǔ)存，并提供標(biāo)識(shí)和相應(yīng)的取樣記錄[7]。

5.4 采樣測(cè)量點(diǎn)的選擇

在開(kāi)展環(huán)境保護(hù)工程時(shí)，要合理選擇采樣測(cè)量點(diǎn)（水環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)采樣），這對(duì)于提升測(cè)量結(jié)果有很大幫助，即不僅可以確保樣品的準(zhǔn)確性，還能提高整個(gè)樣品的整體質(zhì)量。在實(shí)際工作中，工作人員還應(yīng)確定采樣方法、時(shí)間和樣本數(shù)量，便于快速進(jìn)行測(cè)試，以及全面了解被測(cè)對(duì)象的濃度和變化模式，并在以后的內(nèi)部分析中提供一定幫助。此外，為了能夠確保采樣的準(zhǔn)確性，還應(yīng)進(jìn)行比較廣泛的分析和分布式工作，并根據(jù)方案對(duì)策建立檢測(cè)，以改進(jìn)重金屬污染水環(huán)境的檢測(cè)技術(shù)，提升樣品的檢測(cè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)改善水環(huán)境質(zhì)量的目的[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在實(shí)踐中存在著化學(xué)和生物等不同學(xué)科的融合，而對(duì)于水環(huán)境重金屬污染的檢測(cè)方法評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)眾多，因此，必須要選擇科學(xué)合理的檢測(cè)方法，從而加強(qiáng)對(duì)水資源的保護(hù)和利用。