| 标题 | 包头市地下水重金属污染分布特征及来源 |
| 范文 | 云利萍等 摘要：为了查明包头市地下水质量与污染状况，在包头市采集地下水样品33组、地表水样品4组，对其重金属Cr、Cd、Hg、Pb和As等指标进行了测试分析。据此，运用水化学、环境地球化学、环境质量评价和污染评价等理论和方法，分析了该区地下水重金属含量分布、污染程度及来源。结果表明，包头市四区地下水均受到不同程度重金属的污染，其中东河区地下水重金属元素检出、超标点均为最多，污染程度最大；5种重金属元素检出率由高到低依次为Pb>As>Cd>Cr6+，按污染程度由高到低依次为Pb>Cr6+>As>Cd。通过对涉重企业废水排放资料、土壤重金属和地表水（污水）测试结果分析可得，工业废水排放是地下水重金属污染主要物质来源。相关性分析结果表明地下水中Cd与Pb存在显著相关性，二者可能具有同源性。 关键词：包头市；地下水；重金属污染分布；污染来源 中图分类号：X824 文献标志码：A 文章编号： 16721683（2014）05008105 Pollution distribution and source analysis of heavy metals in the groundwater of the Baotou City YUN Liping1，LI Zhenghong2 （1.Baotou Light Industry Vocational Technical College，Baotou，Inner Mongolia 014030，China 2.Institute of Hydrogeology and Environmental Geology，CAGS，Shijiazhuang 050061，China） Abstract：In order to investigate the groundwater quality and contamination in Baotou City，33 groundwater samples and 4 surface water samples were collected to analyze the heavy metals such as Cr，Cd，Hg，Pb，and As.The pollution distribution of heavy metals and their sources in four different districts in Baotou were analyzed using the hydrochemical analysis，environmental geochemical analysis，environmental quality assessment，and pollution evaluation methods.The results indicated that all four districts have heavy metal contamination and the heaviest pollution is detected in the Donghe district，where the samples with detection and over standard of heavy metals are the most.The order of detection rate of heavy metals is Pb>As>Cd>Cr6+，and the pollution degree is Pb>Cr6+>As>Cd.Based on the analysis of industrial wastewater，heavy metal contents in soil and domestic sewage，industrial wastewater effluent is the main source of heavy metal pollution.In addition，there is significant relationship between Cd and Pb，indicating that they may be from the same pollution source. Key words： Baotou City；groundwater；heavy metal pollution distribution；pollution source 重金属元素（如Cr、Cd、Hg、Pb和As，其中As为类金属元素）进入大气、水、土壤环境或生态系统中，通过吸入、饮水等途径摄入人体，在人体内不断累积，对人类健康危害极大[1]。因此重金属在环境中的分布及其来源分析日益引起环境科学工作者的重视。包头市是我国重要的钢铁工业基地，钢铁、铝业、装备制造、稀土、电力五大产业形成了其支柱产业，在我国北方经济格局中占有重要地位。发达的工业经济也为包头市带来大量的工业“三废”，对包头市城区周边的水、土、大气造成污染。地下水是包头市重要供水水源，主要开采承压地下水。有学者针对包头市主要地下水供水水源地进行了地下水污染调查评价，认为地下水重金属污染问题对该区地下水质量产生了较大影响[2]。本文主要针对浅层地下水，了解区域上浅层地下水的重金属污染状况。因此，在包头市城区采集浅层地下水样品，测试分析对人类危害大的重金属Cr、Cd、Hg、Pb的含量，研究包头市浅层地下水中重金属元素的分布规律，开展对该区浅层地下水中重金属元素污染评价，为当地政府提供地下水污染防治措施提供依据，以保障人民身体健康和社会经济的可持续发展。 1 研究区概况 包头市地处内蒙古自治区西部，现设旗县区九个（青山区、昆独仑区、东河区、九原区、白云区、石拐区、固阳县、土右旗、达茂旗）。本次研究区为包头市平原区，为河套平原的一部分，涉及青山区、昆独仑区、东河区、九原区。该区北为乌拉山和大青山，东侧是土默川平原，西为后套平原，整个地区呈中间高、四周低，北高南低，西高东低的地形，海拔997～2 338 m。气候干燥，属典型的半干旱温带大陆性气候，年均降水在240～400 mm间，而蒸发量高达2 273.8 mm，年均气温8.5 ℃，年最低气温-27 ℃。黄河自城市南缘流经，境内长约214 km。地貌形态上，北部为山前冲洪积平原，南部为黄河冲湖积平原。平原区巨厚的第四系松散岩类广泛沉积，其中赋存松散岩类孔隙水，由北向南含水层由全新统和上更新统的砂卵砾石逐渐变为全新统、上更新统以及中更新统下段的中细砂、粉细砂。含水层厚度由北部冲洪积扇顶部80～120 m逐渐减小为南部黄河冲湖积平原的20～40 m。地下水位埋深由北部扇顶部的30～50 m，至南部黄河沿岸的2～5 m。浅层地下水流向主要为由北向南，在市东北区域有局部地下水疏干现象[3]。 2 样品采集与分析 为研究区域上浅层地下水污染状况，采样点基本均匀分布。本次研究于2012年9月-10月在青山区、昆独仑区、东河区、九原区共采集地下水样品33组，地表水（污水）样品4组（采样位置见图1）。取样井为民用压水井、自吸泵井和农灌井，除九原区哈林格尔镇厂汉村、昆都仑区打拉亥村和青山区包钢运输部农场3个水点井深在150～180 m外，其余地下水采集点井深均在20～70 m间。采样前先清洗井孔，抽出大于井孔储水量3倍的水量，再用井水清洗250 mL塑料瓶3次，然后取样，加1∶1硝酸2 mL，贴标签，并用密封胶带密封瓶口，送实验室检测分析。分析项目为Cr、Cd、Hg、Pb和As五项，由中国地质科学院水文地质环境地质研究所完成，测试环境温度23 ℃，湿度50%，水样检验方法、测试精度及误差范围均执行标准为《饮用天然矿泉水检验方法》（GB/T 8538-95）[4]和《地下水质检验方法》（DZ/T 0064-93）[5]。 Pb、Cd、Cr测试方法为电感耦合等离子体质谱法，检出限分别为<0.001 mg/L、<0.002 mg/L、<0.020 mg/L，Hg 和As测试方法为原子荧光分光光度法，检出限分别为<0.000 1 mg/L、<0.001 mg/L。 3.4.2 地下水重金属污染程度 地下水重金属测试结果统计显示：采集的33个样品中未受重金属污染的样品为9个，占27.3%，主要分布在昆都仑区铁路线以南，昆都仑河以东麻池乡及以南地区；轻污染样品5个，占15.2%，污染指标为As、Pb，主要分布于哈林格尔乡和哈业胡同乡；中等污染样品7个，占21.2%，主要分布于九原区哈林格尔镇，污染指标为Pb；较重污染点1个，位于昆都仑区卜尔汉图镇北锅窑子村，污染指标Pb质量浓度0.010 mg/L，污染指数为1.0；重污染样品11个，占33.3%，主要分布于城区以东、铁路线以北的九原区和东河区，除采集于东河区原毛皮厂井点污染指标为Pb、Cr6+外，其余10个样品污染指标均为Pb，污染指数1.1～1.4。 由地下水重金属污染分布图（见图3）可见，包头市地下水重金属污染分布广泛，以铁路为界，北部区域较南部区域重金属污染重；按行政区划分，东河区的地下水重金属污染程度最高。本次工作在地下水中未检测出Hg元素，其余4种重金属元素污染程度由高到低依次为Pb>Cr6+>As>Cd。 图3 地下水重金属污染分布 Fig.3 Distribution of groundwater pollution of heavy metals 3.4.3 污染成因分析 包头市是我国重要的钢铁工业基地之一，区域内分布有较多涉重企业。据2007年调查，东河区涉重企业3个，所属行业为金属表面处理加工、电池制造、铝冶炼，废水排放量为156.02万t，重金属Cr、Pb排放量分别为0.48 t和2.82 t；昆都仑区涉重企业3个，所属行业为钢压延加工、金属丝绳制造、稀土金属冶炼，废水排放量为269.76万t，重金属Cr、Pb排放量分别为5.46 t和12 t；青山区涉重企业6个，所属行业为汽车制造、金属丝绳制造、稀土金属冶炼，废水排放量为145.14万t，重金属Cr、Pb排放量分别为13.36 t和0.99 t；九原区涉重企业8个，所属行业为金属表面处理及热处理加工、金或铜冶炼、初级形态的塑料及合成树脂制造，废水排放量为148.76万t，重金属As、Cr、Pb、Hg、Cd排放量分别为0.01 t、148.98 t、0.02 t、0.01 t和0.01 t。2010年调查资料显示：东河区涉重企业数增多，昆都仑区、青山区和九原区涉重企业数减少。东河区涉重废水排放企业升为5个，重金属As、Cr、Pb和Hg的排放量分别为2.8 t、4.78 t、3.75 t和0.038 t；昆都仑区涉重废水排放企业减至1个，主要排放污染物为重金属Cr，排放量为0.78 t；青山区涉重企业减至2个，重金属Cr、Pb的排放量分别为0.79 t、1.05 t。 近年来，包头市加大污染防控措施，实施清洁生产，节能减排减少环境污染，但在实地调查中在四道沙河、昆都仑河等河床、沟渠仍可见污水排放现象存在。由2008年地表水省控监测断面监测数据显示，昆都仑河三艮才断面Hg、Pb超标，四道沙河断面Hg超标，西河槽断面Hg超标。本次采集的4个地表水（污水）样品均检出Hg、As元素，质量浓度范围分别为0.000 2～0.001 6 mg/L、0.003～0.005 mg/L，其中采自滨河新区万水泉镇黄草洼村的样点Hg超过标准值；2个样点检出Pb元素，Pb元素的质量浓度范围ND～0004 mg/L。污水排入、储存于河床、沟渠，这些地区一般地势低洼，地下水埋藏浅，包气带岩性多以砾砂、砂等粗颗粒为主，渗透性强，地表水极易向地下水渗漏，因此，不达标工业废水排放是地下水中重金属的重要来源。 河套多目标区域地球化学调查项目对包头市土壤重金属分布进行了研究，结果显示：As在表层土壤中异常规模小、强度低；在包头钢铁集团公司尾矿坝中Cd含量较高；Hg最高值位于一家核工业厂区，为6.872μg/g，其他地区 Hg的最高含量也达到 0.659 μg/g[10]；Pb在表层土壤中峰值为 458μg /g，异常区主要是包头钢铁集团公司一带及其南部，规模较大，强度较高。多项研究成果显示，燃煤是Hg的主要来源之一[11]，而土壤重金属污染主要由工业活动造成[1214]，王贵[15]采用Tessie五步连续提取法分析研究区土壤重金属形态，认为土壤重金属多以FeMn氧化态、有机结合态和残留态形式存在，迁移性差。包头市属内陆干燥气候区，低温少雨，多年平均降雨量仅295.8 mm，但是随着时间的推移，土壤和工业废渣中重金属经降水淋滤作用对地下水造成污染的风险不可忽视。 综上可见，工业废水排放是地下水重金属污染的主要来源。 此外，地下水As元素来源既可能是人为因素，亦可能是原生环境因素。河套地区是我国原生高As地下水的主要分布区之一。包头市冲湖积平原区，地势较低，地下水径流滞缓，也是原生高As地下水的分布区[3]。本次研究中发现的高As地下水检出点，可能主要是原生环境因素造成，沉积物中的As在特定环境条件下释放进入地下水。有关沉积物中As的来源及释放机理十分复杂，是国内外研究的热点，需进行专门研究，本文不再详叙。 4 结论 （1）包头市地下水检出有Cr、Cd、Pb和As等4种重金属元素，检出率由高到低依次为Pb>As>Cr6+>Cd，其中Cr、Pb和As三种元素超标率分别2.7%、33.3%和12.1%。虽然目前地下水中还未检出重金属Hg元素，但地表水和土壤中已检测出重金属Hg元素，且有超标现象，地下水存在潜在的Hg污染风险是不容忽视的。 （2）包头市四个行政区均有地下水重金属超标样点，尤其是东河区，无论是检出项数、检出率和超标率，还是污染程度，均为全市最严重。 （3）市区涉重污染企业废水排放为水、土重金属污染提供了重要的物质来源。地下水As元素是可能主要由原生环境因素造成，沉积物中的As的在特定环境中释放进入地下水。另外，地下水中Cd与Pb存在显著相关性，二者可能具有同源性。 本次工作未对土壤、大气质量和污染源状况调查，使污染成因的分析受到一定的限制，因此在下一步调查工作中将补充、增加调查对象的类型和数量，使结果分析更全面、更客观。 参考文献（References）： [1] 李广云，曹永富，赵书民等.土壤重金属危害及修复措施[J].山东林业科技，2011，6（197）：96101.（LI Guangyun，CAO Yongfu，ZHAO Shuming，et al.Harm of heavy metal in soil and remediation technology[J].Shandong forestry science and technology，2011，6（197）：96101.（in chinese）） [2] 吴娟.包头市地下水污染调查及防治对策研究[D ].内蒙古自治区：内蒙古大学，2010.（WU Juan.Study on groundwater pollution and its control strategies in Baotou city.Inner Mongolia University.2010.（in chinese）） [3] 石建省，张翼龙，王文中，等.河套平原地下水资源及其环境问题调查评价[R].地质调查项目成果1212010913010，2013.（SHI Jiansheng，ZHANG Yilong，WANG Wenzhong，et al.Investigation and evaluation of groundwater resources and environment issues in Hetao plain[R].Geological survey project 1212010913010，2013.（in chinese）） [4] 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