地下水重金属污染及防治研究进展

曹思卉，王 颖

（上海市中检集团理化检测有限公司，上海 200436）

随着人类文明的进步，现代社会的发展越来越来，人们对于工业生产的需求也在不断增加。一方面工业生产无可避免的会需要使用大量的水，并且需要排出生产过后经过处理的废水，但是有些工厂的不处理就排出或者处理不到位就排出的废水很容易污染到地下的水源，使得本来就并不充裕的水资源进一步被污染。这些水源一旦被动植物使用到，很容易通过食物链最终将废水中含有的大量重金属堆积在人体内，给人们的生活带来危害。因此研究地下水的重金属污染以及如何有效的防治成了重中之重。

1 地下水重金属污染来源

通过天然因素和人为因素可以将地下水重金属分为两类。其中如火山喷发活动，森林火灾等就属于天然污染源。而人为污染源则主要有：城市工业生产、农业生产活动中的农药化肥以及杀虫剂等、化石燃料燃烧。这些污染会随着雨水或者人类地下水开采活动导致污染源深入到地下水的含水层中，从而污染地下水源[1]。地下水重金属污染带来的问题不容小觑，一方面重金属含有着毒性、难以降解、生物富集性等等危害，另一方面持续性也极强，一旦没有办法消除，在水源中则会不断地累积到生物链上。

农村地区中的化肥和农药的过度使用或者不合理的使用也是导致地下水被重金属污染的主要原因之一。一个方面是，农业生产刚开始的阶段，生产者会不断的对农作物进行施肥，以确保其可以茂盛生长，但是在很多农村地区，村民往往会因为过于追求农作物产量，导致施肥过度的问题。虽然这个确实促进了一部分农作物的产量，但是由于过度的施肥会导致没被吸收的肥料会流入土壤中，而化肥中是含有较多重金属物质的，这些重金属就会随着雨水等进入河流中或者是沉降到土壤中，最终进入地下层，从而造成严重的地下水重金属污染。还有一个方面是生活垃圾处理不当导致的。在有些农村地区一直以来的做法就是将垃圾直接扔到附近的水池或者土坑，这样会导致垃圾中含有的重金属物质直接进入到土壤中，渗透到地下水中。而城市的工业垃圾处理，有一些做法是将垃圾填埋在土壤中，试图让垃圾自然降解。但是很明显，土壤是没有办法降解含量如此大的重金属污染物的垃圾，而且垃圾堆放处还会有积水产生，积水则会不断的将污染物带进更深的土壤层甚至到达地下水层。这样都会严重影响地下水的使用[2]。

2 地下水重金属污染的防治

近年来，随着绿水青山就是金山银山的保护环境的意识推进，地下水重金属污染的防治技术也得到了发展，主要有以下三种技术:1.物理处理技术、化学处理技术、生物处理技术[3]。

2.1 物理处理技术

物理处理技术主要是通过选择合理的过滤分离技术，将水体中悬浮的固体分离过滤出来。优点是设备简单，操作技术较低，对于经费的要求不高。通过加入粗料，可以对已经被污染的地下水进行过滤，过滤之后其中固体悬浮的金属颗粒则可以利用筛网等装置除去。在物理研究方面，使用滤膜是一个很不错的方法，通过加入各类人工膜，使用电力差以及压力差等的方法，使得固体的颗粒物被拦截，从而除去在污水中几十微米的有毒有害金属污染物[4]。在使用这种方法时，可以设置沉淀池，将污水在不同的位置进行处理，这样可以有效的进行初次沉淀然后二次沉淀，可以更好地处理地下被污染的重金属污水。

还有一种物理处理方法就是使用电力修复。具体做法是将直流电压引入水中，然后通过控制电流的梯度从而将地下水中含有的金属物质转化成可以迁移的离子，使其可以达到排放标准，对地下水进行有效的处理。

2.2 化学处理技术

化学处理技术在防治处理地下水重金属方面也是应用的比较多的一种方法，化学处理技术主要应用的是氧化还原反应，通过加入不同的还原剂与地下水中的重金属发生氧化还原反应，使得重金属反应后成为沉淀物，从而过滤出来[5]。具体做法是将氧化剂或者还原剂，主要是看污水中重金属以及其他污染物的成分来加入，使得重金属反应成为毒性低并且易沉积的产物。还可以使用带有磁性的药剂，最终得到的重金属沉积物可以将其吸附分离，从而降低重金属的毒性以及快速分离。这种方法具有可以大范围使用，反应周期短，成本低等的优点，缺点是氧化剂和还原剂对于水体是否会产生二次污染尚需要进行考究，而且地下水中往往含有较多的不止一种的重金属。所以选择药剂也是一个需要谨慎的问题。

2.3 生物处理技术

生物处理技术主要有两种类型，一种是植物修复技术，另一种是动物修复技术[6]。这两种技术主要都是利用生物对地下水中的重金属物质进行降解，从而将地下水恢复到原来的状态。植物修复技术主要是通过让重金属进入到植物内部，然后在植物生长过程中，让重金属内部进行离子融合，从而减少在地下水中的重金属离子。而动物修复技术主要是通过加入研究改性过的细菌真菌等，对重金属进行分解，从而治理被污染的地下水。生物处理技术具有绿色环保的效果，但是在某些方面的效果不如物理或者化学治理。

因此，在治理被重金属污染的地下水时，应该根据实际情况，综合各种方法的优点进行处理。

3 实际案例分析

上海市静安区某河道于2019年3月参加上海中小河道综合整治项目，结果不满意，半年间，该公司经过基础的截污纳管，并通过加入各类人工膜，使得固体的颗粒物被拦截。经过半年整治，于2019年10月又进行第二次检测，将两次检测结果进行对比。

两次实验均采用环境标准《HJ 700-2014 水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》，首先从方法验证和不确定度两方面来确保仪器性能良好，数据可靠，并用ICP-MS对实际采样样品进行常规重金属分析。

3.1 方法验证

对环境评价标准《GB 3838-2002地下水环境质量标准》中规定的7种重金属进行方法验证。

3.1.1 方法检出限及测定下限

对根据HJ168-2010标准按照样品分析的全部步骤，对浓度为估计方法检出限2～5倍的样品重复测定7次，统计其偏差。此方法的检出限为标准偏差的3.143倍，定量限为10倍的标准偏差。

表1 方法检出限、测定下限测试数据 位：ug/L

3.1.2 准确度和精密度

（1）样品基材：水。

（2）本底溶液：向蒸馏水中加入100ug/mL标准溶液1.0mL，定容到100mL作为基质溶液。

（3）测试过程：取四个容量瓶，分别向样品溶液中加入1ug/mL标准溶液0mL、1.0mL、2.5mL、4.0mL，定容至50mL容量瓶，摇匀，上机测定。

表2 方法准确度和精密度

3.2 不确定度

不确定度的来源：

（1）测量重复性引入的不确定度urel(r)。

（2）样品定容体积产生的不确定度urel(V)。

（3）标准工作溶液配制引入的不确定度urel(std)。

（4）标准曲线回归引入的不确定度urel(C)。

表3 测量重复性引入的不确定度urel(r)

定容体积的标准不确定度urel(V)=0.0008

表4 标准工作溶液配制引入的不确定度urel(std)

表5 标准曲线回归引入的不确定度urel(C)

按公式对以上分量进行合成，得相对合成标准不确定度：

表6 各元素不确定度

从以上验证可知，仪器性能良好，符合环境标准《HJ 700-2014 水质 65种元素的测定 电感耦合等离子体质谱法》中规定的仪器参数要求。

3.3 河道整治前后数据对比

表7 静安某河道整治前后数据

从上表中可以看出根据环境评价标准《GB 3838-2002地下水环境质量标准》中规定的7种重金属进行检测，在相同地点，相同条件下，治理前Cu已经超过I类限值，Zn、Se、As也均有检出，经过半年多的物理整治，仅仅只是截污纳管并安装人工膜，经过治理后的水与治理前的水相比，所有重金属指标都大大降低，其中Cu已经降至限值以内，其余元素也均大幅降低。从本例可以看出，仅仅只是物理整治，重金属各项指标就已经能够大幅降低，因此，整治中小河道刻不容缓。

4 结语

不同地区的地下水情况不一，受到的重金属污染的情况也不一样，只有针对不同的地区采用不同的方法，才能更有效的防治。水是我们人类的生命之源，水是可以循环的，但是被污染了之后的水循环起来也是带有毒害的[7]，所以城市发展建设，社会经济进步的同时，也应该保护好我们珍贵的水资源，只有合理的开发地下水，不肆意将污染物排放，加上有效的污水治理方法，才能从根本上解决地下水污染的问题。