水环境重金属污染现状及其评价

2023-01-06张哲辉

皮革制作与环保科技 2022年11期

张哲辉

（杨凌职业技术学院，陕西咸阳 712100）

水作为生命之源，是自然和人类生命不可或缺的组成部分。但随着全球经济和社会的快速发展，对水资源的需求不断增加。近年来，由于人类对淡水的消耗成倍增加，导致水资源短缺的现象越来越严重。最严重的是废水大规模地不经处理直接排放，污染了干净的水资源，以上这些问题都严重影响了水资源的结构、功能和使用。其中，重金属水污染不仅阻碍了经济的进一步发展，还严重威胁着人类的健康和生存。

1 水环境重金属污染现状

水资源主要是指河流、湖泊、水库和海洋。水环境重金属污染是指重金属排入水中产生了污染的现象，且这些重金属污染超出了水环境本身的可洗性。这样就会改变水的成分和性质，既影响了水中的生物生长，严重时还会危及人类的生命和健康。而通过对水源的分析发现，主要污染来自汞，其中，地表水中的汞含量较高，铬和铅的浓度也相对较高；其他重金属，如镍、铊、铍和铜，也非常严重。众所周知，长江流域是我国最大的河流之一，但根据相关研究和报告，三峡库区江段沉积物中重金属含量主要来源于上游沉积物，以及沿河排放的城市和工业废水[1]。

1.1 我国水环境污染

当前，水污染问题普遍存在：不同地区的河流和湖泊污染已不同程度地出现了污染情况，其中，重金属污染相对较高。如在山东省的黄浦江及以上地区都存在严重的重金属污染，即相关饮用水源的汞平均浓度比现行标准要严重。就金属含量而言，原生元素与水盐含量、pH值等密切相关。如果水资源具有相对较高的盐浓度，水下沉积物中就会出现相对较低的金属含量，从而会降低影响和重力含量。此外，水生环境中重金属污染的分布通常具有高海岸扩散和低海岸扩散以及相对较高的沉积物含量的特点。

同时，水环境中的重金属可能会产生严重的环境影响，例如，松花江下游河道，在风险等级评估期间，该河流沉积物中的重金属含量相对较高，再加上水环境中的重金属污染问题受到水位季节变化的影响，所以，需要相关检查机构予以关注。因此，为了提高水环境中重金属检测的效率，应提前进行相对全面的分析，从而制定污染水环境的金属排放标准。

1.2 国外水环境重金属污染的状况

经实践调查表明，国外水环境受到重金属的污染相对较重，如美国约有15 000家公司从事电气工程和金属加工，因此直接或间接排放的废水污染了正常水环境。

1.3 不发达国家水环境的污染状况

现在，印度是一个有着大多数农民和以家庭居住为单位的发展中国家。因此，农业污染源污染也比较严重，造成这种情况的主要原因是洪水造成的冲刷，以及与水环境有关的问题。纳塞尔湖是埃及南部世界上最大的人工湖，到目前为止，只发现畜牧业是水污染的主要原因，主要是因为该地区的农场广泛使用化肥和杀虫剂。通过调查研究表明，在鱼的各个器官中，都有一定比例的铜和锌存在鱼的肝脏中[2]。

1.4 国内外水环境重金属污染的来源

在国内外的水环境发现，重金属污染主要为铜、锌、铅、汞等污染。而金属污染的主要原因是化学品、采矿、金属冶炼、加工、金属、船帆生产、一些农药和废水等。通常，水环境中的重金属也因地区而异，如果进行整体分析，相对先进的国家会受到较高的工业排放的影响，例如：美国的金属电镀，英国的金属熔炼，以及波兰的采矿；还有印度和一些非洲国家农业污染方面的影响，这些国家的主要污染根源是化肥和农药的使用。因此，必须高度重视这些行业，并有针对性地进行监督管理和全面控制。

2 水环境重金属污染的评价方法

若水环境中存在较高的重金属含量，不仅会危及水资源的平衡，也会危及人类健康。因此，要从水的保护、从重金属效应上进行优化，以确保人类与生态和谐发展[3]。

水环境重金属污染评价方法主要包括：一是水质直接评价方法，二是沉积物评价方法。到目前为止，水资源评估通常采用指数法、综合分级法、概率统计法、模糊数学法，以此对主要河流的水质进行整体评估。许多科学家认为，沉积物是水生环境中重金属污染的指标。因此，通常会通过沉积物分析来评估水体中的重金属污染。

沉积物水质量评价方法主要包括：化学分析指数法、生物监测法和化学与生物学相结合的方法。其中，化学分析指数法包括累积法、元素富集指数法、对比度和阈值法、潜在生态危害指数法等。而生物方法包括研究全球沉积物毒性和底栖生物评估。而采用地质累积指数法、元素富集阈值指数法、潜在生态损害指数法等方法，可以对沉积物中重金属的污染状况和分布进行综合评价。当前，化学方法和生物方法被广泛地应用于水环境中重金属污染的评估。然而，不同的方法各有利弊。如物理方法或化学方法相对繁琐、耗时且投入成本较高，而且，所获得的结果无法直接反映特定水生环境的潜在毒性；生物方法更敏感、更简单、更经济，但对环境的影响也更大[4]。

在实际研究和工作中，很难用单一的评估方法解决复杂的环境问题。因此，化学方法和生物方法是有效的评估方法。C-B-T质量三合一方法是一种化学和生物学的综合实践方法。在综合数据库CERP DBMS的框架内，可使用三合一仪器对水沉积物的质量进行评估和评估，该仪器将化学分析（C）、毒性鉴定（T）和底栖生物群落的结构变化（B）整合到三轴地图和相关信息中。同时，C-B-T质量三合一方法评估了河流沉积物中重金属污染质量控制基准，以及重金属污染物的化学、毒理学和生态学。此外，相平衡分布法也是一种化学和生物相结合的方法。该方法是一种用于河流沉积物重金属污染质量控制的相位平衡分配方法的系统研究，而且，还使用EQP方法对水环境中重金属污染状态进行综合评估和研究。

3 重金属废水的危害

通常，重金属废水中主要含有镉、镍、锌、锰、铜、铅和砷等金属。经研究发现，重金属废水的污染程度不同，对人类和环境的影响也不同。

如当镉进入到胃、肝、胰腺和甲状腺时，会损害肾脏；铜是人体的重要组成部分，会影响细胞生长、某些酶的活性和内分泌腺的功能。人缺少铜会导致贫血、脱发、骨骼和动脉损伤，甚至脑部疾病。然而，过多的铜会刺激消化系统，导致腹痛、呕吐，并可能导致运动障碍、知觉受损以及肝脏损伤[5]；铅在低浓度环境中是稳定的，但在高浓度下是危险的。铅及其化学物质主要是通过呼吸、消化过程中的灰尘或烟雾进入人体，主要会对神经系统和相应的行为模式造成伤害；由于锌是人体必需的微量元素，且在人体中，正常的锌含量在2～3 g之间。由此可以看出，锌也是人体某些细胞类型的基本成分，但是过多的锌会导致急性腹痛。

此外，汞及其化合物具有剧毒性，很容易从皮肤、呼吸和消化系统疾病中被吸收，该物质会攻击中枢神经系统，并造成人们的身体、鼻子、肾脏和肝脏的损伤。其中，甲基汞极易降解，尤其会在大脑中积累，毒性最大；镍和它的化学物质的毒性主要存在于酸性磷酸酶等酶中，会刺激人体黏膜和呼吸道，并引起皮炎、支气管炎甚至肺炎。其中，羰基镍的毒性更大，是一种有毒的混合物；砷及其化学物质被归类为致癌物质，因此，砷的剂量增加可能会导致严重的健康问题。经研究表明，饮用水中砷含量超标会显著增加肺癌发病率以及皮肤癌和膀胱癌，且若人们长期处在砷暴露的环境下，会造成皮肤病变、心血管疾病、精神病和糖尿病等疾病。

4 水环境重金属污染检测技术进展分析

为了有效解决水污染中的重金属污染，可将几种修复技术一起应用，并不断创新技术和方法，以确保检测结果的准确性，提高重金属污染防控的有效性，同时，充分发挥出多种检测技术的作用。

4.1 电化学分析法

电化学分析法作为水环境中重金属污染检测的重点，可在实际应用过程中充分发挥出其优势，以保证检测工作的顺利进行。

首先，对于电位检测，测定必须在电流为零的情况下进行，利用电位，分析检测功能，在分析明确后，收集和浓缩检测浓度。因此，在电位分析的实际应用中，必须要提前充分了解其优势所在，以便更好地开展后续工作。

其次，在应用伏安法与极谱法时，可将电气和化学分析作为电解工作，形成电流、电位与实践曲线图，允许优化测试，以提高其有效性，同时改进测试顺序[6]。但在应用这两种检测方法时，要了解其中的差异性。如伏安法不同于极谱法使用的电极，但伏安法检测的下限相对较低，可在现场或在线进行测试，所以能发挥出其优势和作用，从而为以后的测试提供更多帮助。

最后，电导率的测定，即在实际使用电导率溶液时必须提前测量，这样才能测定浓度。如可用滴定法进行电导率测定，也可以用直接电导率进行具体分析，因此，可以很好地发挥其优势。但由于使用这种方法很繁琐，甚至会受到多种因素的影响，因此，检测效率无法得到有效提高。

4.2 光谱法

首先，原子荧光辐射与分子的颜色浓度成正比，与相应测量值的反应为正。然而，原子扩散和与之相关的光谱，是由于这种材料的相对应用，以及通过电和热来保存。但随着元件数量的增加，其检测精度会降低。

其次，原子吸收光谱法主要测量原子辐射强度与元素含量之比，是在相对较高的水平上测量的，通常是用火焰或石墨进行测试。然而，由于各种因素，测试相当复杂，设备相对昂贵。因此，还以可以使用ASE光源进行测量和分析，相对快速，干扰因素相对较少，允许检测多个元素，并可以充分保证测试结果的准确性。但由于在运行过程中投入的总设备成本相对较高，因此，有必要在运行过程中进行实时测试，以确保设备的质量，同时防止不良因素对设备造成损坏。

5 提高水环境重金属污染检测质量的方式

5.1 重点做好准备工作

对于水生环境的测试，即使有多种检测技术的支持，也有必要在现场对水生环境进行采样，以及应用先进的设备和材料，以确保校准质量。同时，在开始工作之前，还要对溶液样品实施捕集和卸压装置，以确保后续试验的顺利进行，并充分利用各种技术应用的优势。关于资源储备应进行资源需求和设备的预分析，并选择适当的方案，要以适当的方式测量水质，提升检测结果的准确性。由以上内容可以看出，准备工作是监测工作的重点。

5.2 取样和测试应以合理的方式进行

在进行水生环境重金属污染的采样时，应进行相对广泛的分析，并进行预优化和调整，以确保测试质量，使其符合所有测试标准。因此，在实际测试中，应选择抽样，这样实用性和认可度都相对较高。同时，责任部门还应承担自己的责任，确保试验取样顺利进行。

5.3 标准采样方案的运用

采样是水环境重金属污染检测的重要组成部分。因此，为了提高总体抽样的准确性，应使用标准抽样方案进行分析和调整，以确保符合国家标准。此外，在施工现场开展工作之前，必须要优化和更新各个流程，调整每个环节，确保采样方案顺利实施。在采样期间，相关人员不得离开现场，必须遵守采样标准。而在取样完成后，必须及时进行储存，并提供标识和相应的取样记录[7]。

5.4 采样测量点的选择

在开展环境保护工程时，要合理选择采样测量点（水环境现场采样），这对于提升测量结果有很大帮助，即不仅可以确保样品的准确性，还能提高整个样品的整体质量。在实际工作中，工作人员还应确定采样方法、时间和样本数量，便于快速进行测试，以及全面了解被测对象的浓度和变化模式，并在以后的内部分析中提供一定帮助。此外，为了能够确保采样的准确性，还应进行比较广泛的分析和分布式工作，并根据方案对策建立检测，以改进重金属污染水环境的检测技术，提升样品的检测质量，实现改善水环境质量的目的[8]。