北方某城市运河下段周边地下水PAHs污染特征

徐庆勇

摘  要：有机污染特征研究可为采取有效的地下水污染防治措施提供科学依据，对饮水安全、可持续发展、生态平衡具有重要意义。选取北方某城市运河下段，根据实测数据，评价了河段周边地下水PAHs类有机物的污染程度，分析了有机污染特征及成因。结果表明：地下水中16项PAHs测试指标全部检出，但大多为微量检出，仅个别指标在个别井中超标，污染程度总体为轻度污染。典型河段地下水有机污染具有丰富度高、主要污染物少、污染程度低、毒性不强及浅层井水质污染重于深层井的特征。

关键词：运河;地下水;PAHs;有机污染;城市;检出率;超标率;检测

中图分类号：X523    文献标识码：A     文章编号：1007-1903（2019）03-0026-07

Characteristics of PAHs Pollution of Groundwater in the

Lower Part of the Canal in a northern City

XU Qingyong

（Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology， Beijing 100195）

Abstract： Study for pollution characteristics of organics can provide science base for effective measures to prevent and control groundwater pollution. It is of great significance on the safety of drinking water， sustainable development and ecological balance. Based on measured data of groundwater， detection and exceeded standard of the PAHs and pollution level of partial pollutant in groundwater are evaluated， characteristics and causes are analyzed by selecting the lower part of the canal in a northern city. All the 16 PAHs have been detected， but most of them are trace and only exceptional organic exceed standard in the exceptional well， and the overall pollution level is up to light level， with the characteristics of high abundance， few major pollutants， low pollution level. The groundwater quality of the shallow well are worse than those of the deep well in the lower part of the canal in a northern city.

Keywords： canal; groundwater; PAHs; organic pollution; city; detection ratio; over standard rate; detection

0 前言

地下水是我國北方地区重要的饮用水源，但是随着工农业的发展，地下水遭受到了较为严重的污染，特别是浅层地下水中普遍检测出了单环芳烃、多环芳烃等 “三致”（致癌、 致畸、 致突变）有机物（罗兰，2008）。

地下水有机污染的研究始于20世纪70年代（李纯等，2013）。我国地下水有机污染研究起步较晚，80年代以后，京津地区、太原地区开展了有机物分布规律与特征及检测方法的研究（魏爱雪等，1986;潘绍先等，1992）;北京市还开展了特殊地区（农药厂、化工区、污灌区等）地下水有机污染的调查评价（赵国栋等，1986;郑瑶青等，1980;许征帆等，1986）;鄂尔多斯盆地、华北平原、长江三角洲等开展了以平原（盆地）为单元的地下水资源及包括有机物在内的环境地质调查评价工作。

PAHs是最早发现且数量最多的致癌物之一，在环境保护领域备受关注。1979年美国环境保护署已将16种PAHs列入“优先控制污染物”黑名单，我国也将7种PAHs列入“水中优先控制污染物”黑名单。微量的有机污染成为地下水环境保护领域的首要问题之一（陈鸿汉等，2005;汪民等，1996）。PAHs在大气、地表水、土壤和沉积物等环境介质中的研究较多（王婉华，2007;麦碧娴，2001;Dargnat et al，2009;Zeng，et al，2008），而对地下水环境中PAHs的污染研究还并不多见。选取北方某城市运河下段周边地区作为研究区域，依据地下水实测数据，评价PAHs的检出、超标状况及部分有机物的污染程度，分析有机污染特征及成因，以期为采取有效的地下水污染防治措施提供科学依据，对饮水安全、经济社会可持持续发展及生态平衡具有重要意义。

1 河段概况

运河全长238km，在北方某城市境内干流总长约 90km，是城市重要的排污河，接纳了多个污水处理厂的退水，水质成分复杂、水体污染严重，水质多为劣V类，是全市地表水环境质量最差的水系，大部分河段达不到水体功能要求。由于城市排水的需要，过去的几十年中片面强调防洪功能，河段特别是城区及排水河段的河底或水下边坡多为硬性护砌，连通性差（刘宇同，2019）。

处于城市下段的河段位于未来发展新的增长极的重要区域，但同时该区域因可用的地表水资源为零而面临着水资源不足的困境，水源供给主要依赖地下水（高晓龙等，2017）。但根据监测数据显示，此河段地表水水质总体评价为劣Ⅴ类（北京市水文地质工程地质大队，2017），地下水水质综合评价为Ⅴ类（北京市水文地质工程地质大队，2016）。根据地表水环境功能区划，此河段属于农业用水区及一般景观要求水域，水质分类为地表水Ⅴ类水体，故达不到水体功能要求。河段所在区域多年平均降水量545.6 mm左右。按照区域特征、水域功能等，此河段属远郊河流（荆红卫，2013），河底或水下边坡主要为自然基底或边坡，河段两岸1km范围内地势平缓，海拔低，地面坡度平均约0.5‰～0.3‰，地下水流向为自两岸流向河流中心。河段地处潮白河冲洪积平原中下游，第四纪沉积物的厚度较大，含水层岩性以细砂、粉细砂为主，颗粒较细，层多而薄，为多层结构，单层厚度一般为10～15m;相对隔水层岩性主要是粘砂，单层厚度一般5～10m左右（图1、图2）。浅层含水层富水性较好，水位降深5m时，单井出水量都在1500～3000m3/d左右（北京市水文地质工程地质大队，2016）。

2 测试指标与评价方法

2.1 测试指标

本次共采集地下水样品37件，取样井分两种，其中浅层井井深20～40m、深层井井深70～80m。浅层井16眼，深层井21眼。37眼井均位于河流两岸1km范围内（图1）。

测试指标16项，测试单位为具备CMA、CNAS及CCC实验室资质的谱尼测试集团。16项测试指标中9项属美国优先控制污染物（注有&标记的指标），7项属我国和美国优先控制污染物（注有*&标记的指标）。

按照苯环数的多少，PAHs类有机物可分为2～6环芳烃，2～3环属低环，4～6环属高环。本次检测的16种PAHs类中高环居多;从致癌性来看，11项有机物为疑似致癌，仅高环中的BaP为强致癌（表1）。

2.2 评价方法

评价标准以《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）为依据（简称标准），以其中III类标准限值作为判断其是否超标的依据，标准中未给定的指标参考《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）及世界卫生组织《饮用水水质准则》第四版中的“限值”作为评价是否超标的依据。16项指标中有水质标准的5项（注有#标记的指标），按水质标准计算该5项指标中超标指标的超标倍数，检出限以实验室检出限作为依据。

聚类分析是根据事物本身的特性研究分类问题的一种多元统计方法，基本思想是根据样品或指标之间的距离或相似系数进行分类（于秀林等，1999）。本研究采用R-型聚类分析的最短距离法将指标分类，使用欧氏距离公式计算数值间的距离，将距离较短的数值归为一类。使用该方法分析检出指标实测浓度值的分布特征，确定不同的浓度分布区间，并将≥50%监测井的浓度分布区间作为浓度主要分布区间。

污染指数法是当前地下水污染评价中常用的评价方法之一，采用单污染指数Pi进行地下水污染评价，计算公式（汤崇发，2014）

（1）

式中：Pi為某评价因子i的单项污染指数;C为地下水中某评价因子实测浓度值（ng/L）;C0为地下水中某评价因子背景值（取0，ng/L）;CH为评价因子III类标准值或限值（ng/L）。

根据计算出的污染指数值，依据表2进行污染分级。

3 结果与讨论

3.1 评价及分析结果

（1）检出状况

采集样品中16项指标全部有检出，检出率100%的指标14项，普遍检出的2项（分别是BaP和DBA，检出率86.5%和94.6%），且37眼监测井中16项指标都有检出的监测井31眼，占监测井总数的83.8%。16项指标中15项指标浓度均值<150ng/L，8项指标浓度主要分布区间为0～10ng/L。实测浓度明显较高的状况出现在NAP的浅层井中，浓度范围在96.8～35792.9ng/L，平均值8565.7ng/L，浓度主要分布区间在5000～15000ng/L（表3）。

从表3知，浅层井的检出率为93.4%～100%，深层井的检出率为81%～100%，深、浅层井仅个别指标未达100%，不同井深多环芳烃检出率基本一致;浅层井的检出浓度均值和浓度分布范围普遍高于深层井，其中，检出浓度最为悬殊的是NAP，浅层井检出浓度范围约是深层井的4～20倍，平均值约是33倍，浓度主要分布区间相差了约5000～15000个单位。

（2）超标状况

在有水质标准的检出指标中只有苯并（a）芘1项、且仅1眼深度为20m井超标，检出浓度值23.8ng/L，超标约1.4倍。其余有水质标准的检出指标NAP、ANT、FLT、BbF均未超标，且远低于标准限值。

（3）污染评价

具有标准限值的5项指标地下水污染指数主要分布区间0，0.19，污染程度总体为轻度污染。其中，ANT、FLT和BbF污染指数分布区间0，0.02，全部属轻度污染;仅编号Y27的井（深度20m）NAP和BaP污染指数分别为0.36和2.38，属中度和极重污染，其余97.3%的井NAP污染指数分布区间0，0.02，属轻度污染;编号Y2、Y3、Y5、Y9、Y10和Y26的井（深度20～40m）BaP污染指数分布区间0.22，0.5，属中度污染，其余81.1%的井污染指数分布区间0，0.19，均属轻度污染（图3）。

3.2 典型河段地下水有机污染特征

（1）丰富度高。同一眼井中以多种有机物同时检出为主，一眼井同时检出16项有机物的井居多，为31眼，占监测井总数的83.8%;同时检出15项有机物的监测井5眼，占13.5%;同时检出14项有机物的仅1眼。

（2）主要污染物少。16项有机物虽全部检出，但检出浓度普遍低，除BaP出现超标，NAP检出浓度相对高（远低于标准限值）外，其余指标检出浓度平均值都小于150ng/L， 且大部分小于20ng/L。因此，16项有机物中仅以BaP污染为主。

（3）污染程度低。具有标准限值的5项指标地下水污染程度总体为轻度污染。主要污染指标BaP仅1眼井属极重污染，6眼井属中度污染，其余井均属轻度污染。

（4）毒性不强。本次检测的16项有机物中11项都为具有疑似致癌性，仅BaP为强致癌，其虽是主要污染物但以轻度污染为主，对地下水环境的毒性不强。

（5）浅层井水质污染重于深层井。16项有机物检出浓度均值、浓度范围等检出参数，浅层井普遍高于深层井。同一眼井中16项有机物同时检出的均为浅层井，故浅层井水质污染重于深层井。

3.3 原因分析

有机物本身的理化性质、污染源状况及地下水天然防污性能共同影响地下水中有机物的存在状况及污染特征。

多环芳烃（PAHs）是持久性有机污染物（ POPs）中的一类，具有持久性和长距离迁移能力（Menzie et al，1992），对生物降解、光解、化学分解作用具有较强的抵抗能力，一旦排放到环境中难以被分解，可以在水体等环境中残留数年，主要污染物BaP在水体、土壤和作物中都容易残留。

PAHs来源比较复杂，交通、家庭燃烧（煤、油、木柴和天然气等的不完全燃烧）、垃圾焚烧和工业活动等都是重要的人为源（陈宇云，2008）。河段周边分布有多个人口聚集的村庄，人类活动对环境包括地下水环境造成较大影响，同时运河作为重要的排污河，由于接纳了多个污水处理厂的退水，水质成分复杂，水体污染严重，污染类型属有机污染型（北京市环境保护局，2017）。而处于城市下段的河段更是汇集了其上游多种来源的水体，水质成分更加复杂、水体污染更加严重。而河水与地下水之间存在着密切的水力联系，且此河段呈现河水补给地下水的特征（北京市水文地质工程地质大队，2016）。故人类活动是地下水污染的重要原因，河水是地下水重要的污染源。

主要污染物BaP存在于煤焦油、各类炭黑和煤、石油等燃烧产生的烟气、香烟烟雾、汽车尾气，以及焦化、炼油、沥青、塑料等工业污水中。BaP的广泛来源使其大量存在于包括地下水在内的各种环境介质中。

地下水天然防污性能包括地下水埋深、含水层岩性、渗透系数、土壤类型、包气带岩性、地形坡度等多个因素。河道两岸一定范围内地下水天然防污性能为“较差”（北京市水文地质工程地质大队，2016），而本次取样井均在河道两岸约1km范围内，故在河道两岸有机物易下移，造成地下水污染。而同时，地层所具有的截留作用又使得进入深层的污染物数量减少，因而深层井水质好于浅层井。BaP的易残留性及其来源的广泛性，使其成为地下水主要污染物。

4 结论与建议

（1）该河段地下水有机污染具有丰富度高、主要污染物少、污染程度低、毒性不强和浅层井水质污染重于深层井的特征。

（2）有机物本身的理化性质、污染源状况及地下水天然防污性能共同影响地下水中有机物的存在状况及污染特征。PAHs的持久性和長距离迁移能力、污染来源的广泛性及地下水天然防污性能的薄弱性，使得该河段地下水有机污染具有上述特征。

由于工业布局的调整、重污染企业的关闭与搬迁，工业生产活动已不再是地下水主要的污染源，重要的污染源可能是人类生活源。目前PAHs在这一河段地下水中的浓度虽然普遍是微量的、检测的有机物大多为疑似致癌，但由于其丰富度高且大多有机物合理预期是人类的致癌物，因此建议加强对此类污染物的监测，查明其来源、研究其迁移规律，从源头控制污染，采取有效措施切断迁移途径。主要污染物BaP为强致癌，对其污染现状，应引起高度重视。创造一个没有POPs的未来是全人类的共同愿景。

致谢：感谢项目组其他人员在调查和采样过程中所付出的辛苦劳动，谨致谢忱。

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