太湖流域饮用水水源地及管网重金属的赋存情况初探

何肖忠

（上海市杨浦区环境监测站，上海 200093）

我国是一个水资源既丰富又短缺的国家。水资源丰富是指我国水资源总量丰富，我国淡水资源占全球水资源的6%，居世界第四位。但是，我国又是水资源短缺的国家，我国人均水资源占有量只有2200 m3，仅为世界平均水平的1/4，在世界上名列第121位，是联合国认定为水资源紧缺国家。

太湖流域面积36900 km2，水面积占1/6。太湖流域水域面积6134 km2，水面率达17%，河道和湖泊各占一半，面积在0.5 km2以上的湖泊有189个。因其得天独厚的气候和自然条件，太湖流域内农业、工业生产能力雄厚，渔业生产条件优越，人口素质普遍较高，是我国经济发展程度高、经济产业规模密集的地区之一，在全国经济社会发展中占有举足轻重的地位。

自20世纪80年代以来，因承受经济社会发展等压力，太湖水体质量每10年降低一个等级，蓝藻、湖泛等问题一度造成流域内严重的用水紧张，引起政府和社会广泛关注。随着人类社会的不断发展，重金属污染问题日益突出，人类活动产生的过量重金属可以通过多种途径进入水体，由于重金属不能被微生物降解，水体中的重金属在土壤、沉积物介质中富集并且进入水生生物体内，最终可能通过食物链富集、放大进入人体，对人类健康产生危害。自2007年蓝藻危机爆发以来，太湖流域总体水质连年持续在Ⅴ类和劣于Ⅴ类，高锰酸盐指数为Ⅲ类、总磷为Ⅳ类、总氮为Ⅴ类。湖区营养物质含量连年处于中度富营养状态。2015年，湖区最新指标数据表明太湖水质处于亚健康状态[1-2]。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与保存

2017年11月23日，与课题组成员一同前往太湖流域东太湖吴江第一水厂和吴江第二水厂的水源地取水口进行采样，在东太湖取水口附近各设置4个采样点进行样品采集，同时采集经过水厂处理后，自来水管网中的样品各1个。参照水样采集与保存的相关要求，样品使用聚乙烯塑料瓶采集，并加入浓硝酸作为固定剂保存。各采样断面样品用浓硝酸酸化至pH=1～2并在限定时间内分析。

1.2 样品的分析

通过电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定重金属元素（Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、B、Ba、Bi、Cd、Co、Cr、TI、Zn）以及常见金属元素（K、Na、Ca、Mg、Sr），试验过程严格参照相关标准，包括水样的采集、保存、消解、测定以及质控质保措施[3-4]。电感耦合等离子体发射光谱法分析测定的各元素波长如表1所示。

表1 电感耦合等离子体发射光谱分析各元素波长的选择

1.3 干扰的消除

在电感耦合等离子体发射光谱法中，主要的干扰来自光谱干扰，在试验过程中通过将对测定波长有干扰的元素进行分组测定，从而消除各元素光谱之间的干扰，提高测定准确性。

2 研究与分析

2.1 普通金属元素浓度

在自来水处理工艺中，无特殊工艺处理上述元素，所以水源地样品和自来水厂管网出厂水浓度大致相当，如表2所示。

表2 常见金属浓度数据

2.1.1 关于锶

锶是人体必需的一种微量元素，与心血管功能有紧密的联系[5]。根据《饮用天然矿泉水》（GB 8537-2008）要求，锶含量需≥0.2 mg/L。含有较高浓度锶的水对人体有益，在东太湖水源地中，锶含量尚未达到该矿泉水标准。

2.2 自来水管网中样品

依据《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006），本次试验所测定的自来水管网中的重金属含量（Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、B、Ba、Cd、Co、Cr、TI、Zn）均小于标准限值。

2.2.1 关于纳、镁和钙

钙、镁离子决定了水的硬度，水的硬度对水生生物的生长及金属的毒性都会有一定的影响，而水环境中一定浓度的钙、镁离子能降低重金属的生物毒性。在饮用水方面，相关研究数据表明，太湖流域东太湖管网中纳、镁、钙浓度约为35 mg/L、7.8 mg/L、33 mg/L，上海自来水中三者浓度分别为18 mg/L、14 mg/L、45 mg/L，而日本自来水中三者浓度分别为3.4 mg/L、0.5 mg/L、12 mg/L[6]。所以，太湖流域的自来水水质相较上海地区偏软，相较日本偏硬。

2.3 水源地取水口

水源地取水口的重金属浓度检测结果如表3所示。

表3 重金属浓度数据

2.3.1 内梅罗综合污染指数法

内梅罗综合污染指数法是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用方法之一。水环境中往往多种重金属共存，内梅罗综合污染指数法能够反映水体重金属污染现状及各种重金属对复合污染的不同作用，并甄别主要污染物。

单因子污染指数为：

式中，Ci为重金属元素i的实测浓度；Si为相应的水质标准。太湖流域水源地标准采用《生活饮用水水源水质标准》（GB 3020-1993）中的水源地二级标准作为参比标准，该标准中未涵盖金属元素，采用《地表水环境质量标准》（GB 3838-2006）集中式生活饮用水地表水源地标准限值作为参比[7-8]。

多因子综合污染指数为：

式中，Pimax为重金属单因子污染指数的最大值；Piave为各金属单因子污染指数的平均值。

表4 重金属污染评价标准

计算水源地中14种重金属元素的单因子污染指数Pi以及综合污染指数P综，根据表4的评价标准，各金属的污染情况为：Fe＞Mn＞B＞Ba＞Cr＞Mo＞Pb＞Zn＞Cu，水源地重金属浓度总体较低，其中Fe为主要污染物，平均污染情况处于警戒水平，最高可达轻度污染状态，其他13种金属均处于安全水平，无污染风险。内梅罗综合指数评价结果表明，太湖流域东太湖水源地主要污染物为Fe，整体污染水平较低。相比2001-2011年相关数据，东太湖水源地重金属整体浓度处于下降状态；但相比2012-2013年相关数据，近十几年来，东太湖水源地在水质整体变好的同时又开始出现小幅的恶化，需引起重视[9-10]。为避免类似2007年的污染事件再次发生，政府和社会应采取措施保证水源地的水环境不再继续恶化，确保市民的饮用水安全。

3 结语

重金属元素具有残留时间长、累积性、能够随食物链转移、污染后不易被发现和难以恢复的特点。从本次试验结果来看，所调查的太湖流域东太湖水源地和饮用水管网中的重金属基本都处于较低水平，特别是高毒性的重金属元素含量都较低。这一方面说明了自2007年太湖蓝藻事件爆发后，当地政府对太湖流域，特别是饮用水水源地所开展的保护措施有明显成效；另一方面也说明我国的自来水处理技术与时俱进，不断发展。但比较近些年来的相关数据，一些细微的变化也在告诫人们，对水源地的保护不能停滞不前。

本研究与同济大学环境科学与工程学院的“十三五”水专项课题合作，聚焦太湖流域饮用水水源地的安全，构建我国流域水污染治理体系和水环境管理技术体系。本文初步探明了太湖流域水源地水环境现状，旨在为后续长期监测太湖流域水源地、饮用水管网中的重金属和毒性物质提供强有力的科学支撑，帮助政府探寻更有效的饮用水水源地管理方式，制定更科学的水质保护措施提供理论依据。

参考文献

1 李冬华，苗 通，周晟葆.基于可持续理论的太湖流域污染与治理研究[J].江苏科技信息，2016，（29）：78-80.

2 Jiang Xia，Wang Wenwen， Wang Shuhang，etal.Initial identification of heavy metals contamination in Taihu Lake，a eutrophic lake in China[J].Journal of Environmental Sciences，2012，24（9）：1539-1548.

3 曹红艳.“十三五”水污染治理聚焦京津冀和太湖流域[N].经济日报，2015-12-22.

4 中华人民共和国环境保护部.HJ 776-2015 水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法[S].北京：中国环境科学出版社，2015.

5 李 牧.微量元素锶对心血管疾病预防作用研究[D].北京：中国人民解放军医学院，2012.

6 刘红铌，孙震威.ICP-MS测定自来水中的金属元素[J].光谱实验室，2012，29（1）：124-127.

7 中华人民共和国建设部.CJ 3020-1993 生活饮用水水源水质标准[S].北京：中国标准出版社，1993.

8 中华人民共和国国家环境保护总局.GB 3838-2006 地表水环境质量标准[S].北京：中国标准出版社，2006.

9 王 伟，樊祥科，黄春贵，等.江苏省五大湖泊水体重金属的监测与比较分析[J].湖泊科学，2016，28（3）：494-501.

10 方斌斌，于 洋，姜伟立，等.太湖流域水体和沉积物重金属时空分布特征及潜在生态风险评价[J].生态与农村环境学报，2017，33（3）：215-224.