平顶山矿区周边水体的重金属污染及其检测技术

邹可可

（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南 平顶山 467000）

平顶山矿区作为我国煤矿的主要产出区，近年来受到相关部门的大力开采，导致平顶山矿区周边水体存在重金属污染现象。周边水体重金属污染作为当今污染面积广、污染程度严重的水文环境问题，必须给予足够的重视[1]。周边水体中所受到的重金属污染主要包括：铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等，在周边水体中比重超过4所形成的重金属污染[2]。由于周边水体重金属污染物中包含对人类健康危害极大的生物学元素，也就是所谓的“五毒”，分别为：汞、镉、砷、铅以及铬，这些生物学元素一旦通过食物链进入人体，会引发多种疾病，常见的有我国的“大脖子病”、泰国的“黑脚病”、日本的“骨痛病”以及粤北的“癌症村”。因此，针对平顶山矿区周边水体的重金属污染问题必须给予充足的重视，有针对性的提出平顶山矿区周边水体的重金属污染研究。在我国，传统关于水体的重金属污染检测技术，主要是通过化学分析的形式，得到重金属污染检测结果，但此技术在实际应用中存在误差大的问题，无法为水体的重金属污染治理提供精准、有效的数据。本文在此基础上，通过设计平顶山矿区周边水体的重金属污染检测技术，致力于为平顶山矿区周边水体的重金属污染治理提供精准、有效的数据。

1 平顶山矿区周边水体的重金属污染

结合以往对于平顶山矿区周边水体重金属污染的研究中，本文首先采集平顶山矿区周边水体作为研究对象。而后，通过计算平顶山矿区周边水体的重金属权值，判断平顶山矿区周边水体的重金属污染等级。设平顶山矿区周边水体的重金属权值的计算表达式为p，则有公式（1）。

公式（1）中，k指的是内梅罗水体重金属质量分数；j指的是水体体积。通过公式（1），得出平顶山矿区周边水体的重金属权值，以此，得出平顶山矿区周边水体的重金属污染主要信息。平顶山矿区周边水体中Cr的最大污染指数为789.65；最小污染指数为15.89；平顶山矿区周边水体背景值为58.66；重金属污染平均质量分数354.67。平顶山矿区周边水体中Pb的最大污染指数为108.65；最小污染指数为13.24；平顶山矿区周边水体背景值为20.69；重金属污染平均质量分数65.78。平顶山矿区周边水体中Cd的最大污染指数为7.88；最小污染指数为1.59；平顶山矿区周边水体背景值为0.06；重金属污染平均质量分数4.57。平顶山矿区周边水体中Mn的最大污染指数为886.23；最小污染指数为255.47；平顶山矿区周边水体背景值为566.02；重金属污染平均质量分数456.31。平顶山矿区周边水体中Cu的最大污染指数为83.65；最小污染指数为14.69；平顶山矿区周边水体背景值为19.56；重金属污染平均质量分数35.64。由此可见，平顶山矿区周边水体的主要重金属污染元素为Cr以及Mn。

2 平顶山矿区周边水体的重金属污染检测技术

2.1 计算平顶山矿区周边水体的重金属累积指数

运用德国科学家 Müller提出的累积指数计算公式，计算平顶山矿区周边水体的重金属累积指数[3]。设平顶山矿区周边水体的重金属累积指数表达式为I，则有公式（2）。

公式（2）中，C i指的是平顶山矿区周边水体的重金属质量分数；k指的是平顶山矿区周边水体背景值；Si指的是平顶山矿区周边水体的重金属污染地累积时长。为保证求得平顶山矿区周边水体的重金属累积指数的准确性，可以将平顶山矿区周边水体中重金属地累积指数导入数值组。在此过程中，不难发现重金属地累积数值组的网格数会非常多。这就意味着，在计算地累积指数的实际操作过程中可能需要用并行机计算。

2.2 水体重金属污染检测多水平影响因素相互关系

在上述研究的基础上，进一步深入研究平顶山矿区周边水体的重金属累积指数与重金属污染检测指标（TVB-N、TVC）之间相关关系。TVB-N的计算公式，如公式（3）所示。

公式（3）中，T指的是平顶山矿区周边水体样品的重金属污染检测所消耗盐酸溶液的体积，单位为mL；B指的是所消耗盐酸溶液的体积，单位为mL；M指的是平顶山矿区周边水体样品的容量，单位为ml。在明确TVB-N计算公式的基础上，本文结合偏最小二乘回归、多元线性回归、最小二乘支持向量机，三种化学计量法相结合的方法，推导TVC的计算公式，如公式（4）所示。

公式（4）中，n指的是检测的与类样品数据集样本个数；x1指的是检测样本挥发性盐基氮含量的预测数值，单位为mg/100g；x2表示为挥发性盐基氮含量的实际测量值，单位为mg/100g。通过公式（3）和公式（4）完成对平顶山矿区周边水体的重金属污染的定量预测，为下文判断平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级提供数据支持。

2.3 判断平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级

本文采用中国水体环境质量标准一级标准(背景值)为参比值，以平顶山矿区周边水体重金属污染检测多水平影响因素相互关系为标准，判断平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级，当TVB-N≤0.5，TVC≤0.6时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为安全；当0.5＜TVB-N≤1.5，0.6＜TVC≤1时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为警戒线；当1.5＜TVB-N≤2.5，1＜TVC≤2时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为轻污染；当2.5＜TVB-N≤3.5，2＜TVC≤3时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为中污染；当TVB-N＞3.5，TVC＞3时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为重污染。以上，为平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级判断结果。

2.4 得出平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果

通过上述可得出平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级，对平顶山矿区周边水体的重金属污染含量进行测定，并将测定结果作为判断平顶山矿区周边水体的重金属污染程度的参数标准，最终得出平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果为：Cr以及Mn具有极强的富集能力，为平顶山矿区周边水体中重金属污染超标元素。

3 实例分析

3.1 实验准备

提出实例分析，选定平顶山矿区周边水体为此次实验的实验试点，随机在平顶山矿区周边水体中抽取1000ml水试样作为本次实验的样品。选取本次试验中的检测指标为Cr，首先，使用本文设计检测技术检测平顶山矿区周边水体的重金属污染质量分数，通过matalb软件记录检测结果，设置为实验组；再使用传统检测技术检测平顶山矿区周边水体的重金属污染质量分数，同样通过matalb软件记录检测结果，设置为对照组。由此可见，本文实验对比指标为两种检测技术下测得的检测结果与实际重金属污染质量分数之间的误差，测得的检测结果与实际重金属污染质量分数之间的误差越小，证明该检测技术针对平顶山矿区周边水体的重金属污染检测精度越高。本次实验共设置检测批次为10次。记录实验结果。

3.2 实验结果与分析

整理实验结果，如表1所示。

表1 重金属污染检测结果对比表

由表1中实验结果可以看出，本文设计检测技术检测结果与实际重金属污染质量分数相比误差明显低于对照组，通过本文上述可知，利用本文检测技术对平顶山矿区周边水体的重金属污染进行检测具有一定的可行性，且检测结果的准确性更高，可实现对平顶山矿区周边水体重金属污染的快速、无损、准确检测。

4 结语

本文通过实例分析的方式，证明了设计检测技术在实际应用中的适用性，以此为依据，证明此次优化设计的必要性。因此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统平顶山矿区周边水体的重金属污染检测中存在的误差高的缺陷。但本文同样存在不足之处，主要表现为未对本次平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果的可信度。这一点，在未来针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对平顶山矿区周边水体的重金属污染治理方法的优化设计提出深入研究，以此为彻底解决平顶山矿区周边水体的重金属污染问题提供建议。