声环境、饮用水及地表水中金属离子的调查研究——以江西中医药大学为例

钟志清，邱受亮，钱 坤*，何海英，于艳红，吴 波*

（1. 江西中医药大学 药学院，江西 南昌 330003；2. 江西科技师范大学 化学化工学院，江西 南昌 330013）

【研究意义】根据世界卫生组织的报告，从公共卫生的角度来看，噪声是第二大环境压力因素[1]。高校校园是学生学习和生活的主要场所，需要创造良好的声环境。声环境污染已成为校园环境建设中不容忽视的问题。同时，据世界卫生组织调查，人类80%的疾病与水相关，长时间饮用不洁净、不达标的水可以引起多种疾病，部分重金属元素往往对人体有毒性，甚至会产生致癌作用[2]。【前人研究进展】华中师范大学的仇浩然老师记录了华中师范大学校园内的声环境，根据国家标准评估了校园环境噪声状况。实验结果表明：昼间噪声污染更为严重，平均噪声超标率达到26%[3]。南昌大学张奇凤等[4]曾报道过青山湖校区的饮用水中砷、镉、汞、铅等10种金属离子的含量，结果显示符合国家规定的饮用水标准，但是硒元素的含量过低。湖北第二师范学院胡庆兰[5]对流芳校区饮用水中的金属离子钙、镁、铁、铜等含量进行了测定，结果显示都符合水质标准要求《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）。【本研究切入点】江西中医药大学的饮用水水源来源于南昌市的幸福水库，水源源自西山山脉中段的梅岭山泉水[6]。镜湖水域属于江西中医药大学观赏性的湖泊，水源也来自幸福水库，镜湖水质的好坏也能反映出江西中医药大学的地表水质情况。而且，江西省地质调查院的研究学者发现，南昌市及其周边地区表层土壤Hg、Cd等多金属异常，Hg和Cd的异常面积分别为200 km2和60 km2，2种元素的表层土壤含量峰值分别为1.283 μg/g和0.75 μg/g，平均强度分别为0.407 μg/g和0.230 μg/g。按国家标准或相关行业标准，部分金属元素Hg、Cd、Cu、Pb、Zn在局部地区已形成污染[7]。重金属离子的污染具有富集性，在自然环境中很难通过微生物等途径降解，最终通过食物链等途径进入人体中，直接或间接地危害师生健康。【拟解决的关键问题】因此，笔者检测了江西中医药大学的声环境、饮用水及地表水中的金属离子浓度，依据中华人民共和国国家标准《声环境质量标准》（GB 3096—2008）[8]、生活饮用水卫生标准（GB 5749—2006）[9]及地表水环境质量标准（GB 3838—2002）[10]，对饮用水和地表水中的金属离子含量进行评估和分析，以为师生的身体健康提供良好的声环境和水环境质量，同时为环境部门提供决策依据。

1 研究方法

1.1 检测仪器

AWA5688多功能声级计（爱华）、SP-3520AA原子吸收分光分度计（上海光谱）、AFS-8500原子荧光光度计（海光）。

1.2 噪声和水资源检测执行标准

根据中华人民共和国国家标准《声环境质量标准》(GB 3096—2008)，学校为文化教育机构，划分为Ⅰ类声环境功能区，即执行标准为昼间55 dB，夜间45 dB。饮用水执行（GB 5749—2006)生活饮用水卫生标准。镜湖水域执行（GB 3838—2002）地表水环境质量标准，划分为地表水环境质量标准第III类。

1.3 检测点的选择与样品采集

校内学生主要活动区域为宿舍、图书馆、实验楼、食堂、教学楼和镜湖边上。噪声检测采样点布置，①教学楼后面的公路，既能检测到学生上课的声音也能检测到来往车辆的声音。②学生宿舍：靠近公路且有高铁经过。③实验大楼：学生做实验的地方，采样点设置在车流量大的公路旁。④图书馆前，附近是主干道，主干道的公路上有大量车辆经过。⑤食堂：星星食堂和明月食堂间的过道，这是食堂人流量最大的道路。⑥镜湖靠近体育馆的公路有较多学生和车辆经过。用AWA5688多功能声级计在各检测点进行数据采集。

地表水的检测主要集中在镜湖进水口、湖中水和镜湖出水口进行水样采集，用2 L有机玻璃水样采集器采集水下1.5 m水样，用干净干燥的500 mL采样瓶进行收集。饮用水主要集中在食堂、宿舍楼、教学楼和图书馆，分别用干净干燥的500 mL采样瓶采集水样。

1.4 检测方法

1.4.1噪声检测方法为了全面检测学校的噪声水平，且考虑到校园环境，使用AWA5688多功能声级计在每个检测点进行时长为10 min的检测，昼间18:00至22:00测一次，22:00至次日06:00测一次，采用直接读取法。读取数据并记录每个检测点的温度、湿度、露点、风寒、风速、大气压、海拔、噪声平均值和噪声最大值，分析所得数据。测量前用校准器将声级计校准到标准声级，测量结束后用校准器对声级计再次进行校准，检查前后校准误差是否小于2 dB，否则重新测量。

1.4.2水资源检测方法水质-铜、锌、铅、镉的测定-原子吸收分光光度法（GB 7475—87）[11]、水质-钙和镁的测定-原子吸收分光光度法（GB 11905—89）[12]、水质-汞、砷的测定-原子荧光法（HJ 694—2014）[13]、水质-铁、锰的测定-火焰原子吸收分光光度法（GB/T 11911—1989）[14]，选择镁、钙、锰、铁、铜、锌、砷、镉、汞、铅等金属离子进行原子吸收分光光度法或原子荧光光度法测定。

镁、钙、锰和铁的浓度测定：将待测液喷入火焰中，使钙、镁、锰、铁原子化，在火焰中形成的基态原子对特征谱线产生选择性吸收。由测得的样品吸光度和校准溶液的吸光度进行比较，确定样品中被测元素的浓度。分别选用422.70 nm共振线的吸收测定钙原子，选用285.20 nm共振线的吸收测定镁原子，选用279.50 nm共振线的吸收测定锰原子，选用248.30 nm共振线的吸收测定铁原子。

铜、锌、铅和镉的浓度测定：将待测液喷入火焰中，使铜、锌、铅和镉原子化，在火焰中形成的原子对特征电磁辐射产生吸收，将测得的样品吸光度和标准溶液的吸光度进行比较，确定样品中被测元素的浓度。依次选用324.80 nm共振线的吸收测定铜，选用213.90 nm共振线的吸收测定锌，选用283.30 nm共振线的吸收测定铅，选用228.80 nm共振线的吸收测定镉。

砷和汞的浓度测定：经预处理后的待测液进入原子荧光光度计，在酸性条件的硼氢化钾（或硼氢化钠）还原作用下，生成砷化氢和汞原子，砷化氢在氩氢火焰中形成基态砷原子，其基态砷原子和汞原子受元素（砷、汞）灯发射光的激发产生原子荧光，原子荧光强度与待测液中待测元素含量在一定范围内呈正比。

2 结果与分析

2.1 噪声采集的数据与分析

学校当天测试温度为24 ℃，湿度为46.7%～78.2%，风速为0.7 m/s，大气压为101.7 kPa。噪声是主要的分析对象，由表1可知，图书馆的噪声平均值达到了55.4 dB，最大噪声为75.7 dB，主要原因是图书馆靠近汽车行驶主干道，所引发的声音较大，但是学校的绿化带和围墙对噪声的阻隔也起到了一定的作用；食堂噪音平均值为54.1 dB，学生宿舍噪音平均值为53.0 dB，最大噪声为75.7 dB和62.4 dB，主要原因为食堂和学生宿舍靠近高铁，且测量时正值学生放学用餐。教室后公路噪声平均值为59.2 dB，是所有测量地点最高的，主要原因是学生在教室上课以及公路车辆通过时需要鸣笛示意前方车辆行人，导致噪声最高分贝73.8 dB。镜湖位于学校中心的位置，噪声平均值为48.1 dB，主要原因是同一时段相对于其他地方人流量和车流量较少。通过学校内部环境显示，绿化带和围墙的吸声降噪作用明显，可以在校园周围多设置绿化带，种植高低搭配的植物，在美化环境的同时又能充分吸收噪声；建议在城市规划中，充分考虑文教区对声环境的特殊要求，让学校远离交通噪声的干扰，对现有的交通干道可以实行限速或者采取其它措施减少车辆噪声。

表1 噪声监测记录结果

2.2 水质检测数据和分析

2.2.1镁、钙、锰和铁离子的浓度钙、镁在营养学上被称为常量金属元素，钙具有稳定蛋白质的作用，镁对血管张力及血管反应性有直接的作用，可改善心肌能量，有效清除氧自由基。饮用水中钙镁含量适中，饮用水的总硬度在限值范围内，适当提高饮用水的总硬度可能对心血管疾病的发生产生影响，降低其发病率。当水中铁离子浓度大于0.3 mg/L和锰离子浓度大于0.l mg/L时，水便变浑；超过l mg/L时，水具有铁腥味。特别是当水中含有过量的铁、锰时，在洗涤衣服时能生成锈色斑点。人们长期饮用含铁、锰过高的水，会影响人的饮食、消化系统和骨骼。

由表2可知，宿舍水、教学楼、图书馆和食堂的饮用水，钙离子的浓度介于17.62～18.63 mg/L，镁离子的浓度介于1.23～1.25 mg/L，锰离子的浓度为0.03 mg/L，铁离子的浓度为0.05 mg/L，各个元素在不同区域的浓度存在少许差异，依据（GB 5749—2006)生活饮用水卫生标准，锰离子和铁离子均未超过限值（锰离子限值为0.10 mg/L，铁离子限值为0.30 mg/L），不同区域的锰、铁元素含量均在合理范围内，但该标准没有对钙、镁离子的浓度提出具体的限值要求。

表2 镁、钙、锰和铁离子的浓度 mg/L

同时，镜湖中进水口、湖中水和出水口钙离子的浓度介于14.16～20.08 mg/L，镁离子的浓度介于0.87～0.94 mg/L，锰离子的浓度为0.03 mg/L，铁离子的浓度介于0.04～0.05 mg/L。湖水的水体处于流动状态，湖中各个地方的离子浓度会有少许不同。依据（GB 3838—2002）地表水环境质量标准，锰离子限值为0.10 mg/L，铁离子限值为0.30 mg/L，锰离子和铁离子均未超过限值，在合理范围内。

2.2.2铜、锌、铅和镉离子的浓度铜离子和锌离子是人体必需的微量元素，机体内的生化功能主要是催化作用。铅离子和镉离子可通过废水、废气、废渣等流入大自然，产生环境污染并危害人体[15]。由表3可知，宿舍水、教学楼、图书馆和食堂的饮用水中的铜离子浓度介于0.06～0.07 mg/L，锌离子的浓度介于0.03～0.04 mg/L，铅离子的浓度介于0.000 88～0.000 95 mg/L，镉离子的浓度介于0.000 23～0.000 27 mg/L。依据（GB 5749—2006）生活饮用水卫生标准，铜离子的限值为1.00 mg/L，锌离子的限值为1.00 mg/L，铅离子的限值为0.01 mg/L，镉离子的限值为0.005 mg/L。根据表3试验数据可知，学校饮用水中铜、锌、铅和镉离子均未超出限值，在合理范围内。

表3 铜、锌、铅和镉离子的浓度 mg/L

由表3可知，镜湖中进水口、湖中水和出水口铜离子的浓度为 0.06 mg/L，锌离子的浓度为0.04 mg/L，铅离子的浓度介于0.000 56～0.000 62 mg/L，镉离子的浓度介于0.000 14～0.000 18 mg/L。依据（GB 3838—2002）地表水环境质量标准，铜离子的限值为1.00 mg/L，锌离子的限值为1.00 mg/L，铅离子的限值为0.05 mg/L，镉离子的限值为0.005 mg/L。学校地表水中铜、锌、铅和镉离子均未超出限值，在合理范围内，各个元素在不同区域的浓度存在少许差异，可能与湖水的水体处于流动状态相关。

2.2.3砷和汞的离子浓度长期低剂量摄入砷化物达一定程度，会导致慢性砷中毒，引起神经衰弱症候群等。汞是重金属污染中毒性最大的元素，在大气中唯一能成气态形式存在的金属元素，化学性质非常稳定，气态汞有很强的迁徙能力。食入后直接沉入肝脏，对大脑、神经、视力破坏极大；当汞离子浓度大于0.01 mg/L时，就会导致人中毒。由表4可知，宿舍水、教学楼、图书馆和食堂中的砷离子浓度介于0.000 984～0.001 040 mg/L，汞离子的浓度为未检出。依据（GB 5749—2006）生活饮用水卫生标准，砷离子的限值为0.01 mg/L，汞离子的限值为0.001 mg/L。因此，饮用水砷和汞离子的浓度均未超出国家标准的限值，在合理范围内。由表4可知，饮用水中砷离子浓度介于0.000 938～0.001 001 mg/L，汞离子的浓度介于0.000 047 9～0.000 093 3 mg/L。依据（GB 3838—2002）地表水环境质量标准，砷离子的限值为0.05 mg/L，汞离子的限值为0.000 1 mg/L。因此，地表水中的砷和汞离子的浓度均未超出国家标准的限值，在合理范围内。湖水中的汞离子为痕量存在，可能原因是气态汞具有很强的迁徙能力有关。

表4 砷和汞离子的浓度 mg/L

3 结 论

通过对江西中医药大学校园内的声环境、地表水和饮用水中的金属离子浓度的检测，得出如下结论：

（1）声环境评价：噪声在限值范围之内。图书馆靠近城市主干道，食堂附近有高速铁路，均会导致校园噪声比较大。汽车在行驶过程中，车速是影响噪声大小的主要因素。因此需要实行控制车速、限制车流辆和禁止鸣笛等措施，进一步降低道路交通造成的噪声影响，另外通过增加校园内部的绿化，利用花草树木对声音的散射和吸收作用，进行吸音降噪，从而改善校园的声环境。

（2）饮用水评价：各个监测点水中镁、钙、锰、铁、铜、锌、砷、镉、汞、铅等金属离子浓度与限值标准进行对比，各项浓度指标均在安全浓度之内，有害金属元素砷、镉、汞、铅含量较低。

（3）地表水评价：各个监测点水中镁、钙、锰、铁、铜、锌、砷、镉、汞、铅等金属离子浓度与限值标准进行对比，各项浓度指标均在安全浓度之内。地表水中的各个元素在不同区域的浓度存在少许差异，可能与湖水的水体处于流动状态相关。地表中的汞离子为痕量存在，可能是气态汞具有很强的迁徙能力有关。