饮用水污染物水文化学特性及来源分析

◎ 丁超凡，赵玉燕，陈 欣，马红利

（山东蓝城分析测试有限公司，山东 济南 250013）

饮用水是人类生活和健康的基本需求，然而，随着工业化和城市化的不断推进，饮用水资源面临日益严重的污染问题。工业废水、农业排放和生活污水等污染物日益增加，给饮用水质量和生态环境造成了巨大威胁。在这一背景下，深入了解饮用水中污染物的水文化学特性以及其来源分布，成为当务之急。本研究的意义在于通过对饮用水中污染物的深入分析，为相关决策提供科学依据，以制定有效的水质保护和管理策略。通过了解污染物的种类、浓度和分布，我们能够更好地评估其对人体健康和生态环境造成的风险，从而减少潜在的危害。此外，通过结合地理信息系统技术，可以绘制污染源的定位和分布图，为资源保护提供空间参考。

1 污染物的水文化学分析

1.1 污染物种类与特征

在饮用水中，不同种类的污染物对人类健康和生态系统构成了多重威胁。下文对主要污染物种类及其特征进行详细讨论。①有机污染物。挥发性有机化合物（VOCs）、农药残留和药物等。其中，挥发性有机化合物如苯、甲苯等，常源自燃烧排放和工业废水，其具有易挥发性，因此在水体中的存在不够稳定；农药残留主要由农田排放引起，对水生生物和人类健康造成风险；药物和个人护理品（PPCPs）是新兴污染物，它们的存在揭示了污染源的多样性，其生物活性可能影响生态系统的平衡。②无机污染物。重金属、氮和磷。其中，重金属如铅、汞、镉等，多源自工业废水和农药使用，它们在环境中积累，对生态系统和人体健康造成潜在风险；氮和磷是导致水体富营养化的主要因素，来自农田径流和城市污水排放，可能引发水华、缺氧等问题。③微生物污染包括细菌、病毒和寄生虫等。这些微生物主要通过生活污水排放进入水体，其中包括致病性细菌和病毒，它们可能导致水源污染，威胁人类健康。④悬浮颗粒物包括泥沙和沉积物，它们可以携带各种污染物进入水体。其中，泥沙通常源自农业侵蚀、城市排水等，它们会影响水体的透明度、氧气传递和水底生态系统[1-2]。

1.2 污染物监测与分析方法

污染物的监测与分析是评估饮用水质量和保护水源的关键步骤，相关部门需要通过准确的方法和可靠的技术获取数据。①传统实验室分析方法。色谱法、光谱法、电化学分析法等。其中，高效液相色谱（HPLC）是一种常用的分离技术，适用于有机污染物的检测；紫外-可见光谱和荧光光谱等，多用于检测污染物的吸收和发射特性；电化学分析法，如电化学传感器，可用于无机污染物的测量。虽然这些方法精确可靠，但通常需要耗时且昂贵。②质谱联用技术。如气相色谱-质谱联用（GC-MS）和液相色谱-质谱联用（LC-MS）结合了分离和检测技术，具有更高的灵敏度和选择性，能够同时分析多种污染物。③传感器技术在污染物监测中具有广泛应用，其可以实现实时监测和远程数据传输。例如，光纤传感器可用于监测pH、溶解氧等水质参数；电化学传感器可用于检测重金属离子浓度[3]。

2 污染物的来源分析

2.1 点源污染与非点源污染

在饮用水污染物的水文化学分析与来源分析中，点源污染和非点源污染是2 种常见的污染类型，它们对于水体质量和生态系统的影响各有特点。①点源污染是指能够明确定位的特定排放源，如工业废水排放口、污水处理厂等。这些排放源通常有固定的位置和排放量，因此监测和管控相对较容易。点源污染的特点是污染物浓度相对较高、排放稳定，对周围水体影响明显。监测点源污染可以通过在排放口进行定期取样和分析，以评估其对水体的影响。控制点源污染需要制定严格的排放标准和监管措施，确保排放不会对水环境造成严重危害。②非点源污染是分布在广泛区域，且难以明确界定排放源的污染，如农田径流、城市雨水径流等。这些污染源通常由于气候、土地利用和降雨等因素的影响而变化，监测和管控更具挑战性。非点源污染的特点是污染物浓度相对较低，但其范围广泛，可能对水体产生长期影响。监测非点源污染需要考虑气象、土壤等多种因素，可以通过设立采样点并结合数值模型来分析。控制非点源污染需要采取综合性的土地利用规划和农田管理策略，以减少污染物的径流和渗漏。在实际污染防治中，点源污染和非点源污染的治理策略不同。对于点源污染，需加强排放标准的制定和监管力度，强制执行污水处理等措施；对于非点源污染，需要从源头控制，采取土壤保持、农田排水改进等手段，减少污染物[4-5]。

2.2 地理信息系统在污染物来源分析中的应用

地理信息系统（GIS）在饮用水污染物的来源分析中扮演着关键的角色，它通过整合空间数据和环境信息，为分析污染源的分布和影响提供了强大的工具。以下是GIS 在污染物来源分析中的应用：①空间数据分析。GIS 可以将不同类型的污染源信息与地理位置关联起来，从而创建空间数据库。通过分析空间分布，可以揭示污染源的分布格局和可能的影响范围，有助于确定重点监测区域和采取有针对性的治理措施。②污染源追踪。GIS 可以追踪污染源的路径，帮助确定污染物的迁移和扩散，有助于了解污染物的传播途径，为防控污染提供科学依据。例如，其可以模拟污染物在水体中的传播路径，预测受影响区域。③空间叠加分析。通过将污染源数据与地理信息叠加，GIS 可以识别可能受到污染影响的敏感区域，如饮用水源保护区、湿地等，有助于及早识别潜在风险，采取相应的管理措施。

3 污染物的健康与环境影响

3.1 健康风险评估

饮用水污染物的健康风险评估，是确保水质安全的关键环节，旨在评估不同污染物对人类健康的潜在影响，为制定合理的水质标准和保护措施提供科学依据。以下是健康风险评估的重要性和方法：①健康风险评估的重要性。健康风险评估能够识别和量化饮用水中污染物对人体健康的潜在威胁。不同污染物可能对不同人群造成不同程度的危害，因此有必要评估潜在的长期和短期健康风险，以便制定针对性的控制策略。②风险评估方法。健康风险评估通常包括以下步骤：确定可能存在的污染物种类和浓度；通过流行病学调查、实验室研究等数据，确定污染物的毒性和健康效应；结合饮用水暴露量，计算健康风险指标，如致癌风险和非致癌风险；将评估结果与相应的健康基准值比较，判断是否存在健康风险。③健康基准值的制定。健康基准值是指允许污染物在饮用水中存在的最大浓度，而不会对人体健康造成显著危害。常用的健康基准值有致癌风险限值和非致癌风险限值。通过将污染物浓度与健康基准值比较，可以判断污染物是否存在安全隐患。通过健康风险评估，我们能够更好地了解不同污染物对人体健康的潜在危害，从而采取相应的控制措施，保障饮用水的安全性。换言之，综合利用流行病学、毒理学和环境科学等多学科的知识，可以更全面地评估健康风险，确保水质符合健康标准。

3.2 生态环境影响

饮用水污染物不仅会对人类健康构成威胁，还会对生态环境造成重大影响。生态系统是维持人类和其他生物生存的基础，污染物的释放可能破坏生态平衡，影响生态多样性和水生生物群落的健康。①水生生物受损。水体污染对水生生物的生存和繁殖产生直接影响。有机污染物、重金属等，可能引发水生生物的毒性反应，导致鱼类、水生昆虫等的死亡或数量减少，破坏水生生物链。②生态平衡破坏。污染物的释放可能破坏水体生态平衡，导致一些优势种的过度生长和其他物种的减少，从而影响整个水生生态系统的稳定性。③湿地退化。湿地是重要的生态系统，对于净化水体、保护生物多样性具有重要作用。污染物的输入可能导致湿地土壤污染、植被受损，进而影响湿地生态功能，导致湿地退化。④生态多样性降低。水体污染可能导致某些生物死亡，进而影响生态多样性。生态多样性是生态系统的重要特征，对于生态系统的稳定性和抵抗力具有关键作用。⑤水体富营养化。污染物中的氮、磷等元素可能导致水体富营养化，促进藻类过度生长，形成水华。水华不仅会破坏水体生态平衡，还可能产生毒素对生物产生危害，影响饮用水源的安全。因此，饮用水污染物对生态环境造成的影响不容忽视。为了保护生态系统的稳定性和水生生物的健康，相关部门必须加强对污染物排放的监测和控制，采取有效的生态修复和保护措施，实现人与自然的和谐发展。

4 结语

综合以上研究，本文深入分析了饮用水中污染物的水文化学特性与来源分布，揭示了不同污染物的存在和潜在健康风险。地理信息系统（GIS）技术在污染物来源分析中的应用，为污染源定位提供了重要支持，为饮用水污染物管理与保护提供了理论和实践支持，有助于实现水资源的可持续利用和生态平衡。通过风险评估，我们认识到污染物对人体健康和生态环境造成的严重威胁，强调了污染物监测与生态修复的重要性。未来，相关部门应进一步完善污染物监测手段，加强对新兴污染物的研究，实现早期预警。