飲用水污染物水文化學(xué)特性及來源分析

◎ 丁超凡，趙玉燕，陳 欣，馬紅利

（山東藍(lán)城分析測試有限公司，山東 濟南 250013）

飲用水是人類生活和健康的基本需求，然而，隨著工業(yè)化和城市化的不斷推進，飲用水資源面臨日益嚴(yán)重的污染問題。工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)排放和生活污水等污染物日益增加，給飲用水質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境造成了巨大威脅。在這一背景下，深入了解飲用水中污染物的水文化學(xué)特性以及其來源分布，成為當(dāng)務(wù)之急。本研究的意義在于通過對飲用水中污染物的深入分析，為相關(guān)決策提供科學(xué)依據(jù)，以制定有效的水質(zhì)保護和管理策略。通過了解污染物的種類、濃度和分布，我們能夠更好地評估其對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成的風(fēng)險，從而減少潛在的危害。此外，通過結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，可以繪制污染源的定位和分布圖，為資源保護提供空間參考。

1 污染物的水文化學(xué)分析

1.1 污染物種類與特征

在飲用水中，不同種類的污染物對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了多重威脅。下文對主要污染物種類及其特征進行詳細(xì)討論。①有機污染物。揮發(fā)性有機化合物（VOCs）、農(nóng)藥殘留和藥物等。其中，揮發(fā)性有機化合物如苯、甲苯等，常源自燃燒排放和工業(yè)廢水，其具有易揮發(fā)性，因此在水體中的存在不夠穩(wěn)定；農(nóng)藥殘留主要由農(nóng)田排放引起，對水生生物和人類健康造成風(fēng)險；藥物和個人護理品（PPCPs）是新興污染物，它們的存在揭示了污染源的多樣性，其生物活性可能影響生態(tài)系統(tǒng)的平衡。②無機污染物。重金屬、氮和磷。其中，重金屬如鉛、汞、鎘等，多源自工業(yè)廢水和農(nóng)藥使用，它們在環(huán)境中積累，對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成潛在風(fēng)險；氮和磷是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要因素，來自農(nóng)田徑流和城市污水排放，可能引發(fā)水華、缺氧等問題。③微生物污染包括細(xì)菌、病毒和寄生蟲等。這些微生物主要通過生活污水排放進入水體，其中包括致病性細(xì)菌和病毒，它們可能導(dǎo)致水源污染，威脅人類健康。④懸浮顆粒物包括泥沙和沉積物，它們可以攜帶各種污染物進入水體。其中，泥沙通常源自農(nóng)業(yè)侵蝕、城市排水等，它們會影響水體的透明度、氧氣傳遞和水底生態(tài)系統(tǒng)[1-2]。

1.2 污染物監(jiān)測與分析方法

污染物的監(jiān)測與分析是評估飲用水質(zhì)量和保護水源的關(guān)鍵步驟，相關(guān)部門需要通過準(zhǔn)確的方法和可靠的技術(shù)獲取數(shù)據(jù)。①傳統(tǒng)實驗室分析方法。色譜法、光譜法、電化學(xué)分析法等。其中，高效液相色譜（HPLC）是一種常用的分離技術(shù)，適用于有機污染物的檢測；紫外-可見光譜和熒光光譜等，多用于檢測污染物的吸收和發(fā)射特性；電化學(xué)分析法，如電化學(xué)傳感器，可用于無機污染物的測量。雖然這些方法精確可靠，但通常需要耗時且昂貴。②質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)。如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）和液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）結(jié)合了分離和檢測技術(shù)，具有更高的靈敏度和選擇性，能夠同時分析多種污染物。③傳感器技術(shù)在污染物監(jiān)測中具有廣泛應(yīng)用，其可以實現(xiàn)實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。例如，光纖傳感器可用于監(jiān)測pH、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)；電化學(xué)傳感器可用于檢測重金屬離子濃度[3]。

2 污染物的來源分析

2.1 點源污染與非點源污染

在飲用水污染物的水文化學(xué)分析與來源分析中，點源污染和非點源污染是2 種常見的污染類型，它們對于水體質(zhì)量和生態(tài)系統(tǒng)的影響各有特點。①點源污染是指能夠明確定位的特定排放源，如工業(yè)廢水排放口、污水處理廠等。這些排放源通常有固定的位置和排放量，因此監(jiān)測和管控相對較容易。點源污染的特點是污染物濃度相對較高、排放穩(wěn)定，對周圍水體影響明顯。監(jiān)測點源污染可以通過在排放口進行定期取樣和分析，以評估其對水體的影響?？刂泣c源污染需要制定嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管措施，確保排放不會對水環(huán)境造成嚴(yán)重危害。②非點源污染是分布在廣泛區(qū)域，且難以明確界定排放源的污染，如農(nóng)田徑流、城市雨水徑流等。這些污染源通常由于氣候、土地利用和降雨等因素的影響而變化，監(jiān)測和管控更具挑戰(zhàn)性。非點源污染的特點是污染物濃度相對較低，但其范圍廣泛，可能對水體產(chǎn)生長期影響。監(jiān)測非點源污染需要考慮氣象、土壤等多種因素，可以通過設(shè)立采樣點并結(jié)合數(shù)值模型來分析。控制非點源污染需要采取綜合性的土地利用規(guī)劃和農(nóng)田管理策略，以減少污染物的徑流和滲漏。在實際污染防治中，點源污染和非點源污染的治理策略不同。對于點源污染，需加強排放標(biāo)準(zhǔn)的制定和監(jiān)管力度，強制執(zhí)行污水處理等措施；對于非點源污染，需要從源頭控制，采取土壤保持、農(nóng)田排水改進等手段，減少污染物[4-5]。

2.2 地理信息系統(tǒng)在污染物來源分析中的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)（GIS）在飲用水污染物的來源分析中扮演著關(guān)鍵的角色，它通過整合空間數(shù)據(jù)和環(huán)境信息，為分析污染源的分布和影響提供了強大的工具。以下是GIS 在污染物來源分析中的應(yīng)用：①空間數(shù)據(jù)分析。GIS 可以將不同類型的污染源信息與地理位置關(guān)聯(lián)起來，從而創(chuàng)建空間數(shù)據(jù)庫。通過分析空間分布，可以揭示污染源的分布格局和可能的影響范圍，有助于確定重點監(jiān)測區(qū)域和采取有針對性的治理措施。②污染源追蹤。GIS 可以追蹤污染源的路徑，幫助確定污染物的遷移和擴散，有助于了解污染物的傳播途徑，為防控污染提供科學(xué)依據(jù)。例如，其可以模擬污染物在水體中的傳播路徑，預(yù)測受影響區(qū)域。③空間疊加分析。通過將污染源數(shù)據(jù)與地理信息疊加，GIS 可以識別可能受到污染影響的敏感區(qū)域，如飲用水源保護區(qū)、濕地等，有助于及早識別潛在風(fēng)險，采取相應(yīng)的管理措施。

3 污染物的健康與環(huán)境影響

3.1 健康風(fēng)險評估

飲用水污染物的健康風(fēng)險評估，是確保水質(zhì)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，旨在評估不同污染物對人類健康的潛在影響，為制定合理的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和保護措施提供科學(xué)依據(jù)。以下是健康風(fēng)險評估的重要性和方法：①健康風(fēng)險評估的重要性。健康風(fēng)險評估能夠識別和量化飲用水中污染物對人體健康的潛在威脅。不同污染物可能對不同人群造成不同程度的危害，因此有必要評估潛在的長期和短期健康風(fēng)險，以便制定針對性的控制策略。②風(fēng)險評估方法。健康風(fēng)險評估通常包括以下步驟：確定可能存在的污染物種類和濃度；通過流行病學(xué)調(diào)查、實驗室研究等數(shù)據(jù)，確定污染物的毒性和健康效應(yīng)；結(jié)合飲用水暴露量，計算健康風(fēng)險指標(biāo)，如致癌風(fēng)險和非致癌風(fēng)險；將評估結(jié)果與相應(yīng)的健康基準(zhǔn)值比較，判斷是否存在健康風(fēng)險。③健康基準(zhǔn)值的制定。健康基準(zhǔn)值是指允許污染物在飲用水中存在的最大濃度，而不會對人體健康造成顯著危害。常用的健康基準(zhǔn)值有致癌風(fēng)險限值和非致癌風(fēng)險限值。通過將污染物濃度與健康基準(zhǔn)值比較，可以判斷污染物是否存在安全隱患。通過健康風(fēng)險評估，我們能夠更好地了解不同污染物對人體健康的潛在危害，從而采取相應(yīng)的控制措施，保障飲用水的安全性。換言之，綜合利用流行病學(xué)、毒理學(xué)和環(huán)境科學(xué)等多學(xué)科的知識，可以更全面地評估健康風(fēng)險，確保水質(zhì)符合健康標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 生態(tài)環(huán)境影響

飲用水污染物不僅會對人類健康構(gòu)成威脅，還會對生態(tài)環(huán)境造成重大影響。生態(tài)系統(tǒng)是維持人類和其他生物生存的基礎(chǔ)，污染物的釋放可能破壞生態(tài)平衡，影響生態(tài)多樣性和水生生物群落的健康。①水生生物受損。水體污染對水生生物的生存和繁殖產(chǎn)生直接影響。有機污染物、重金屬等，可能引發(fā)水生生物的毒性反應(yīng)，導(dǎo)致魚類、水生昆蟲等的死亡或數(shù)量減少，破壞水生生物鏈。②生態(tài)平衡破壞。污染物的釋放可能破壞水體生態(tài)平衡，導(dǎo)致一些優(yōu)勢種的過度生長和其他物種的減少，從而影響整個水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。③濕地退化。濕地是重要的生態(tài)系統(tǒng)，對于凈化水體、保護生物多樣性具有重要作用。污染物的輸入可能導(dǎo)致濕地土壤污染、植被受損，進而影響濕地生態(tài)功能，導(dǎo)致濕地退化。④生態(tài)多樣性降低。水體污染可能導(dǎo)致某些生物死亡，進而影響生態(tài)多樣性。生態(tài)多樣性是生態(tài)系統(tǒng)的重要特征，對于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抵抗力具有關(guān)鍵作用。⑤水體富營養(yǎng)化。污染物中的氮、磷等元素可能導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，促進藻類過度生長，形成水華。水華不僅會破壞水體生態(tài)平衡，還可能產(chǎn)生毒素對生物產(chǎn)生危害，影響飲用水源的安全。因此，飲用水污染物對生態(tài)環(huán)境造成的影響不容忽視。為了保護生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和水生生物的健康，相關(guān)部門必須加強對污染物排放的監(jiān)測和控制，采取有效的生態(tài)修復(fù)和保護措施，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。

4 結(jié)語

綜合以上研究，本文深入分析了飲用水中污染物的水文化學(xué)特性與來源分布，揭示了不同污染物的存在和潛在健康風(fēng)險。地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)在污染物來源分析中的應(yīng)用，為污染源定位提供了重要支持，為飲用水污染物管理與保護提供了理論和實踐支持，有助于實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用和生態(tài)平衡。通過風(fēng)險評估，我們認(rèn)識到污染物對人體健康和生態(tài)環(huán)境造成的嚴(yán)重威脅，強調(diào)了污染物監(jiān)測與生態(tài)修復(fù)的重要性。未來，相關(guān)部門應(yīng)進一步完善污染物監(jiān)測手段，加強對新興污染物的研究，實現(xiàn)早期預(yù)警。