水环境重金属污染监测及防治措施
摘要：随着社会科学技术的不断发展，工业技术也随之提升，取而代之的是大量冶金、电镀、制革等工业废水通过工业排污渠道直接排入河流海洋当中，给生态环境造成了恶劣的影响。本文针对水环境中重金属元素污染日益加剧的现象，对当前常用的一些重金属检测方法进行详细论述，提出了针对当前水环境中重金属污染的相关防治措施，为重金属污染防治工作提供更多的选择。
关键词：重金属；水环境；污染；防治措施
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0132-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.078
Monitoring and control measures of heavy metal pollution in water environment
Xiao Kangjian
（Caidian District Environmental Monitoring Station， Wuhan Hubei 430100，China）
Abstract： With the continuous development of social science and technology， industrial technology has also been promoted. Instead， a large amount of industrial waste water such as metallurgy， electroplating and tanning has been directly discharged into rivers and seas through industrial sewage discharge channels. This has adversely affected the ecological environment. . This article focuses on the phenomenon of increasing heavy metal pollution in water environment， and discusses some commonly used heavy metal detection methods in detail. It proposes relevant prevention and control measures for heavy metal pollution in the current water environment and provides more options for the prevention and control of heavy metal pollution.
Keywords：Heavy metals； Water environment； Pollution； Control measures
1 水環境中重金属污染现状
重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。如果对工业废水的处理不及时，对受污染的水源进行二次使用，甚至在工业废气之中也会含有很高的重金属浓度，如果对这些环节不加以重视，重金属污染事件就会不断爆发，对整个生态环境造成严重破坏。重金属污染给受害者无论是在身体上还是精神上都会带来巨大的伤害。人体如果长时间摄入重金属含量过多的物质会对身体造成严重伤害。为了减少水资源环境受到的污染，保障人们日常生活质量，国家开始加大水资源污染监控力度，其中评判水质的一项重要指标即为重金属含量。
自然界中的重金属元素多数以化合物的状态存在，通常状态下重金属元素污染物难以直接被水中生物降解，经过长年累月的沉积，污染逐渐加重。重金属元素在生物体内散发的毒性作用主要是通过抑制各种酶的活性产生，究其原因是重金属元素会结合酶中的蛋白分子巯基使其失去活性。如今的海鲜类食物在我们的餐桌上已经占据一席，重金属元素通过在水产物体内的积累进而被人体摄入。通过食物摄入的重金属元素将入侵人体的造血系统、神经系统和肾脏，致使细胞中的蛋白分子变性失活从而引发贫血、神经疾病、肾脏疾病。当生物体内重金属元素达到一定累积量，便会对生物造成致命性。由此可见，监测水环境中的重金属元素污染迫在眉睫，同理，掌握准确、高效地水环境重金属含量检测技术对于维护人们基本生活和社会生产活动有着重要的意义。
2 水环境重金属元素常用测定方法
2.1 原子荧光光度法
作为实验室检测中常用的重金属元素识别方法，原子荧光光度法是基于物质还原的理论，通过特定方式将检测样本中物质进行还原，使其转换为气态原子形式。由于原子荧光波长介于紫外光与可见光区波长范围之间，当处于汽态形式的外围原子在吸收足够能量后，其电子逐渐跃迁至高能态，在该状态停留短暂时间后又逐渐跌至低能态，检测样本在原子跃迁过程中会伴随有荧光产生，检测人员通过捕捉荧光并识别其波长特征用于判断检测样本中待测物浓度。
2.2 电感耦合等离子体质谱分析技术
该方法自十多年前诞生之初便由于其特殊的高温电离工作特性而被工作人员所熟悉与认可。除方位和线圈接地方式不同外，电感耦合等离子体质谱分析技术与发射光谱中的使用基本一致。由于技术的高灵敏度以及检测耗时较少，该检测技术常用于同时检测样本中多项重金属元素含量及相关元素或同位素分析，为了排除不同元素间的干扰，可借助优化仪器降低信号飘移对检测精度的影响。
2.3 高效液相色谱法
高效液相色谱法常用于检查流动状液体，且检测色谱柱使用周期长，待测样品可进行重复使用。测量过程需要将不同浓度下混合溶液传输到对应色谱柱中进行分离，因此样本检测前需要严格限定元素指标含量。与气相色谱法不同，液相色谱法在检测过程中外界环境的变动对系统灵敏度影响较大，因此为了隔绝外界干扰需保持待测溶液所处器皿环境稳定不变。与原子吸收光谱法类似，高效液相色谱法对检测环境要求严格，常用于实验室中样本重金属元素分离检测。由于具有高灵敏度、稳定性良好等特点，随着检测技术的提高，该方法可用于人体血清中免疫蛋白球含量的检测分析，通过免疫球蛋白测量含量及呈现出的线性关系，可帮助判断人体健康状况。
2.4 酶抑制法
酶抑制法是一种常用于现场快速检测的重金属元素测定方法。该方法是通过检测在外界环境刺激下酶活性中心属性改变时所产生的不同色彩和电导率，所得结果与相应指标进行比对后进而确定检测样本中金属元素种类。该方法优势在于检测过程迅捷易行，检测结果可直接通过肉眼观察，现已开始用于绿色作物中农药残留成分的检测。由于酶属性变化过程中会对样本原有颜色或导电性能造成改变，因此该方法仅适用于样本中金属元素的定性分析，无法对待检物质进行定量识别。
2.5 原子吸收光谱法
该方法主要用于样本中痕量重金属元素的检测分析。痕量元素难溶化合物不会析出沉淀，若其在水溶液中离子未超出溶度积，会由于含量过低而加大沉淀收集难度。因此检测前需在样品中加入共沉淀剂，用于将待测金属化合物共沉淀并收集。此外共沉淀剂使用过程中切忌影响之后工序中痕量元素分析测定，且需注重共沉淀剂纯度，避免引起高试剂空白。
2.6 比色法
依据朗伯比尔定律：特殊情形下当待测组分与特定物质反应后所生成新型物质的过程中会发出独特属性波长，检测出特定波长并与相应指标进行比对后，便可确认样本中所含重金属元素种类。作为应用广泛的低成本化学检测手段，比色法测量所需简单，主要测量仪器为分光光度计，当选用比色法进行重金属元素检测时，应当参照具体情况选择合适的显色剂，在去除其余重金属离子干扰的同时获取强度持续稳定的单色光。
3 水环境重金属污染预防对策
重金属离子常存在于未经完全处理过的工业、生活废水等水体当中，水中重金属元素通常含有一定毒性且难以转化，经由不同排放途径进入水体环境后，人们在摄入水产品过程中容易将其中重金属离子引入体内，进而危害人体健康。
3.1 水环境重金属离子处理措施
化学沉淀、吸附、电解等方法常用于对水体中重金属离子进行处理，其中吸附法为在水体中添加用于吸附重金属离子的吸附剂，具有经济高效的特点。常用的吸附剂主要为天然矿物、工业制作中碱浸残渣等副产物以及聚乙烯硅一聚乙烯胺等有机复合材料。
针对不同重金属离子所表现出的性质，在水环境中添加合适的吸附剂用于重金属离子的分离与回收。作為一种新兴废水处理技术，生物吸附法具有材料易获取、吸附高效、经济成本较低等特点而开始广泛应用于低浓度废水处理过程中。近年来相关学者通过研究发现某些原核微生物（放线菌、霖菌等）对某些重金属元素具有较好的吸附能力。随着相关研究的深入，海藻、红树叶碎屑等材料也开始利用于吸附各类水环境中重金属离子。在此基础上，科研人员开始着手于基因工程建设，加快重金属离子分离吸附的研究工作，争取早日实现进一步工业放大化。
3.2 底泥重金属防治对策
工业废水排放后水体底泥重金属离子在一定条件下逐渐向水体释放，进而对水质造成持续破坏，因此治理水体中重金属在控制外部污染源的同时还需要有效改善内在环境。主要防治对策如下：
（1）严格控制外部重金属元素的流入，在主要污染源头附近建立废水处理厂，外排水体在检查无误后才能排放，防止出现二次污染现象。（2）对于污染程度严重的底泥，可采取填入清洁碎石、泥沙等措施，条件许可情况下可投入适宜吸附型铺填物对水体环境进一步改善，考虑到水生植物对某些重金属元素具有一定吸附性，可择优选取强耐性水生物进行种植。（3）对于废水排放量较大的工业性生产企业，需对其进行严格环境检测，依据周边环境合理设置安全保障距离，对于重点防控区域内污水处理设施、清洁生产设备等进行定期检查，促进经济循环发展。
4 总结
水资源的维护程度与人类生存和社会发展前景密不可分，因此如何完善水环境中重金属含量的检测方法是保护水环境亟待解决的问题。本文通过列举常用重金属检测方法及相应重金属污染防治对策，通过论述不同方法的侧重点和相关注意事项，为水环境维护治理提供更优选择。
参考文献
[1] 宋威. 我国水环境重金属污染现状及应对策略[J]. 资源节约与环保， 2015（9）：67-67.
[2] 陈双雅. 中国水环境重金属污染的研究现状与防治对策[J]. 漳州职业技术学院学报， 2002， 4（3）：54-58.
[3] 黄海涛， 梁延鹏， 魏彩春，等. 水体重金属污染现状及其治理技术[J]. 轻工科技， 2009， 25（5）：99-100.
[4] 赵胜男. 乌梁素海重金属环境地球化学特征及其存在形态数值模拟分析[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2013.
收稿日期：2018-05-11
作者简介：肖康健（1977-），男，工程师，研究方向为环境监测。
关键词：重金属；水环境；污染；防治措施
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）07-0132-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.07.078
Monitoring and control measures of heavy metal pollution in water environment
Xiao Kangjian
（Caidian District Environmental Monitoring Station， Wuhan Hubei 430100，China）
Abstract： With the continuous development of social science and technology， industrial technology has also been promoted. Instead， a large amount of industrial waste water such as metallurgy， electroplating and tanning has been directly discharged into rivers and seas through industrial sewage discharge channels. This has adversely affected the ecological environment. . This article focuses on the phenomenon of increasing heavy metal pollution in water environment， and discusses some commonly used heavy metal detection methods in detail. It proposes relevant prevention and control measures for heavy metal pollution in the current water environment and provides more options for the prevention and control of heavy metal pollution.
Keywords：Heavy metals； Water environment； Pollution； Control measures
1 水環境中重金属污染现状
重金属污染是指由重金属或其化合物造成的环境污染。如果对工业废水的处理不及时，对受污染的水源进行二次使用，甚至在工业废气之中也会含有很高的重金属浓度，如果对这些环节不加以重视，重金属污染事件就会不断爆发，对整个生态环境造成严重破坏。重金属污染给受害者无论是在身体上还是精神上都会带来巨大的伤害。人体如果长时间摄入重金属含量过多的物质会对身体造成严重伤害。为了减少水资源环境受到的污染，保障人们日常生活质量，国家开始加大水资源污染监控力度，其中评判水质的一项重要指标即为重金属含量。
自然界中的重金属元素多数以化合物的状态存在，通常状态下重金属元素污染物难以直接被水中生物降解，经过长年累月的沉积，污染逐渐加重。重金属元素在生物体内散发的毒性作用主要是通过抑制各种酶的活性产生，究其原因是重金属元素会结合酶中的蛋白分子巯基使其失去活性。如今的海鲜类食物在我们的餐桌上已经占据一席，重金属元素通过在水产物体内的积累进而被人体摄入。通过食物摄入的重金属元素将入侵人体的造血系统、神经系统和肾脏，致使细胞中的蛋白分子变性失活从而引发贫血、神经疾病、肾脏疾病。当生物体内重金属元素达到一定累积量，便会对生物造成致命性。由此可见，监测水环境中的重金属元素污染迫在眉睫，同理，掌握准确、高效地水环境重金属含量检测技术对于维护人们基本生活和社会生产活动有着重要的意义。
2 水环境重金属元素常用测定方法
2.1 原子荧光光度法
作为实验室检测中常用的重金属元素识别方法，原子荧光光度法是基于物质还原的理论，通过特定方式将检测样本中物质进行还原，使其转换为气态原子形式。由于原子荧光波长介于紫外光与可见光区波长范围之间，当处于汽态形式的外围原子在吸收足够能量后，其电子逐渐跃迁至高能态，在该状态停留短暂时间后又逐渐跌至低能态，检测样本在原子跃迁过程中会伴随有荧光产生，检测人员通过捕捉荧光并识别其波长特征用于判断检测样本中待测物浓度。
2.2 电感耦合等离子体质谱分析技术
该方法自十多年前诞生之初便由于其特殊的高温电离工作特性而被工作人员所熟悉与认可。除方位和线圈接地方式不同外，电感耦合等离子体质谱分析技术与发射光谱中的使用基本一致。由于技术的高灵敏度以及检测耗时较少，该检测技术常用于同时检测样本中多项重金属元素含量及相关元素或同位素分析，为了排除不同元素间的干扰，可借助优化仪器降低信号飘移对检测精度的影响。
2.3 高效液相色谱法
高效液相色谱法常用于检查流动状液体，且检测色谱柱使用周期长，待测样品可进行重复使用。测量过程需要将不同浓度下混合溶液传输到对应色谱柱中进行分离，因此样本检测前需要严格限定元素指标含量。与气相色谱法不同，液相色谱法在检测过程中外界环境的变动对系统灵敏度影响较大，因此为了隔绝外界干扰需保持待测溶液所处器皿环境稳定不变。与原子吸收光谱法类似，高效液相色谱法对检测环境要求严格，常用于实验室中样本重金属元素分离检测。由于具有高灵敏度、稳定性良好等特点，随着检测技术的提高，该方法可用于人体血清中免疫蛋白球含量的检测分析，通过免疫球蛋白测量含量及呈现出的线性关系，可帮助判断人体健康状况。
2.4 酶抑制法
酶抑制法是一种常用于现场快速检测的重金属元素测定方法。该方法是通过检测在外界环境刺激下酶活性中心属性改变时所产生的不同色彩和电导率，所得结果与相应指标进行比对后进而确定检测样本中金属元素种类。该方法优势在于检测过程迅捷易行，检测结果可直接通过肉眼观察，现已开始用于绿色作物中农药残留成分的检测。由于酶属性变化过程中会对样本原有颜色或导电性能造成改变，因此该方法仅适用于样本中金属元素的定性分析，无法对待检物质进行定量识别。
2.5 原子吸收光谱法
该方法主要用于样本中痕量重金属元素的检测分析。痕量元素难溶化合物不会析出沉淀，若其在水溶液中离子未超出溶度积，会由于含量过低而加大沉淀收集难度。因此检测前需在样品中加入共沉淀剂，用于将待测金属化合物共沉淀并收集。此外共沉淀剂使用过程中切忌影响之后工序中痕量元素分析测定，且需注重共沉淀剂纯度，避免引起高试剂空白。
2.6 比色法
依据朗伯比尔定律：特殊情形下当待测组分与特定物质反应后所生成新型物质的过程中会发出独特属性波长，检测出特定波长并与相应指标进行比对后，便可确认样本中所含重金属元素种类。作为应用广泛的低成本化学检测手段，比色法测量所需简单，主要测量仪器为分光光度计，当选用比色法进行重金属元素检测时，应当参照具体情况选择合适的显色剂，在去除其余重金属离子干扰的同时获取强度持续稳定的单色光。
3 水环境重金属污染预防对策
重金属离子常存在于未经完全处理过的工业、生活废水等水体当中，水中重金属元素通常含有一定毒性且难以转化，经由不同排放途径进入水体环境后，人们在摄入水产品过程中容易将其中重金属离子引入体内，进而危害人体健康。
3.1 水环境重金属离子处理措施
化学沉淀、吸附、电解等方法常用于对水体中重金属离子进行处理，其中吸附法为在水体中添加用于吸附重金属离子的吸附剂，具有经济高效的特点。常用的吸附剂主要为天然矿物、工业制作中碱浸残渣等副产物以及聚乙烯硅一聚乙烯胺等有机复合材料。
针对不同重金属离子所表现出的性质，在水环境中添加合适的吸附剂用于重金属离子的分离与回收。作為一种新兴废水处理技术，生物吸附法具有材料易获取、吸附高效、经济成本较低等特点而开始广泛应用于低浓度废水处理过程中。近年来相关学者通过研究发现某些原核微生物（放线菌、霖菌等）对某些重金属元素具有较好的吸附能力。随着相关研究的深入，海藻、红树叶碎屑等材料也开始利用于吸附各类水环境中重金属离子。在此基础上，科研人员开始着手于基因工程建设，加快重金属离子分离吸附的研究工作，争取早日实现进一步工业放大化。
3.2 底泥重金属防治对策
工业废水排放后水体底泥重金属离子在一定条件下逐渐向水体释放，进而对水质造成持续破坏，因此治理水体中重金属在控制外部污染源的同时还需要有效改善内在环境。主要防治对策如下：
（1）严格控制外部重金属元素的流入，在主要污染源头附近建立废水处理厂，外排水体在检查无误后才能排放，防止出现二次污染现象。（2）对于污染程度严重的底泥，可采取填入清洁碎石、泥沙等措施，条件许可情况下可投入适宜吸附型铺填物对水体环境进一步改善，考虑到水生植物对某些重金属元素具有一定吸附性，可择优选取强耐性水生物进行种植。（3）对于废水排放量较大的工业性生产企业，需对其进行严格环境检测，依据周边环境合理设置安全保障距离，对于重点防控区域内污水处理设施、清洁生产设备等进行定期检查，促进经济循环发展。
4 总结
水资源的维护程度与人类生存和社会发展前景密不可分，因此如何完善水环境中重金属含量的检测方法是保护水环境亟待解决的问题。本文通过列举常用重金属检测方法及相应重金属污染防治对策，通过论述不同方法的侧重点和相关注意事项，为水环境维护治理提供更优选择。
参考文献
[1] 宋威. 我国水环境重金属污染现状及应对策略[J]. 资源节约与环保， 2015（9）：67-67.
[2] 陈双雅. 中国水环境重金属污染的研究现状与防治对策[J]. 漳州职业技术学院学报， 2002， 4（3）：54-58.
[3] 黄海涛， 梁延鹏， 魏彩春，等. 水体重金属污染现状及其治理技术[J]. 轻工科技， 2009， 25（5）：99-100.
[4] 赵胜男. 乌梁素海重金属环境地球化学特征及其存在形态数值模拟分析[D].呼和浩特：内蒙古农业大学，2013.
收稿日期：2018-05-11
作者简介：肖康健（1977-），男，工程师，研究方向为环境监测。
