第一章 绪论

　　1.1选题依据和研究意义

　　1.1.1选题依据

　　在最近的十年里,随着中国工业化程度提高,牵涉到重金属排放的行业增多,包括采矿、金属冶炼、化工、印染、皮革、农药、饲料等、再加上一些企业非法采集、排污超标的问题,导致重金属污染情况越来越严重。

　　位于北京市东部近郊，河北省廊坊市燕郊镇东约十公里的大厂回族自治县夏垫镇，该区内座落着几个工业园区，分布大量工厂，有轧钢厂、石油加工厂、汽车修理厂、炼钢厂、饲料厂、夏垫石料厂，工厂产生的污水没有经过处理或处理没有达标直接排放到鲍邱河中。由于饮用水质量不能保证,居民的身体越来越差,各种奇怪的疾病出现时,人们越来越多的外国入侵村里白血病和癌症。。

　　2005年10月6日,金铭公司南侧生活区内10名村民联名,中央媒体、国家环境保护总局,河北省环保局反映金铭公司造成的空气污染和水污染。领导上访的村民张甚被一群来历不明的报复,他经营着一家小商店被打碎,张甚受伤严重,最后不得不搬出去[1]。

　　2006年3月27日,冯军自家井中抽取的水样,送往在廊坊的水环境监测中心的监测,河北分公司,按照生活饮用水GB5749 - 85标准,最终检测结果是致癌物砷和锰含量超标3倍[1]。

　　2007年7月26日，大厂县环保局局长常广利接受媒体记者采访时，承认夏垫村的环境污染是存在的，尤其是在浅层地下水遭到不同程度的破坏，鲍邱河“它本身就是一条排污河”[1]。

　　自2008年下半年以来，中国推行“以奖促治”政策，花费5亿多元优先治理各大流域600多个村庄突出的环境问题。制定了指导中国环境与健康工作科学发展的第一个纲领性文件——《国家环境与健康行动计划(2007-2015)》[1]，承诺到2010年，集中整治一批各地群众反映最为强烈的“癌症村”，有效控制环境污染。

　　2009年初，媒体公开了夏垫村的死亡不完全名单：近几年来河北省廊坊市夏垫村不完全的癌症和白血病死亡数据显示就达到28人。根据现场调查了解到，鲍丘河沿岸的南寺头村、马坊、芮屯、赵沟子、诸各庄、韩家府、等村庄都有人得癌症，而且得癌症的数量越来来越多。但是新法实施大半年以来，未见整治污染有何等大动作，相反金融危机以来，刺激国内要求，环境保护部门绕过已经成形的环境问责。研究区内鲍邱河至今还是一条臭水河流。之后众多学术论文研究结果都表明鲍丘河周围地区地表水体污染仍然较为严重，经走访得知，该地区居民的生活饮用水并未直接饮用该区的地表水，地下水现在也基本不使用，以大厂提供的自来水为主。鉴于以上原因选定大厂回族自治县“癌症村”进行重金属检测与评价。为了早日使当地“癌症村”的水污染得到有效治理和水质状况得到改善，很有必要对“癌症村”周边污染源进行进一步调查与分析，以及对水质进行评价。

　　1.1.2研究意义

　　本次课题的研究对于巩固专业基础知识和提高野外专业技能具有重要意义。熟悉并掌握重金属离子的检测及评价的内容和方法，掌握重金属离子的检测与评价的各个步骤及流程，为将来就业奠定基础。同时促进专业理论用于解决实际问题，做到理论与实践相统一。

　　以北京市东部近郊夏垫镇及周边村庄为研究区对象。环境现状调查与评价具有时效性，本次较全面调查研究区内的污染源以及地表水、地下水的水环境状况，进行重金属污染研究调查，对比上一年的检测数据，做出理论分析和评价，填补了目前该地区此类综合性研究的空白，同时也为居民了解当地水环境质量提供了数据支持，为政府治理环境污染提供了一定的参考价值。

　　1.2国内研究现状

　　重金属污染指的是人类活动使环境中重金属含量增多,且其含量超出正常指标,造成周围环境质量下降。重金属污染主要表现在水污染中,还有一部分是在大气和固体废物中。含重金属在土壤和水,造成污染。污染物通过食物链进入生态系统,使生态系统平衡遭受到严重破坏。重金属不容易溶解移动的特点,容易富集在生物或生态系统中,大部分的重金属对生物是有害的。

　　马登军、徐海宏等人[5]在2006年对研究区内鲍邱河地表水进行研究评价，鲍邱河水中的有些物质严重超标，如COD、BOD、石油类、氨氮、汞等指标，鲍邱河3月份上游断面水质等级为劣V类，下游受污染物COD、氨氮和汞的影响，水质为重污染;5月份上游断面受污染物COD、石油类和氨氮的影响，下游断面受COD和氨氮的影响，水质均为劣V类。

　　邵杰、刘洪豪[6]在2011年对研究区内的水环境进行较为详细的调查，包括生活污染源、工业污染源和农业污染源，并采集地表水、地下水检测其中的一些污染指标，根据研究结果，“癌症村”内的地表水和地下水受到较严重的污染，研究区地下水中铅、锰、钡、亚硝酸盐氮严重超标，它们是导致当地村民患癌症的致癌因子。

　　崔剑锋[7]在2013年对夏垫研究区内的垃圾渗滤液对地下水的污染进行研究，利用室内模拟实验的方法研究垃圾污染地下水的氧化还原分带及其环境微生物特征，验证了受垃圾渗滤液污染的场地存在硫酸盐还原带、铁还原带、锰还原带、硝酸盐还原带和氧还原带等5个氧化还原分带，为理清垃圾污染地下水中环境微生物与氧化还原环境之间的关系及垃圾污染地下水的修复和治理提供科学依据。

　　连汉斌在2014年毕业论文《大厂回族自治县“癌症村”周边枯水期水环境现状调查与评价》中采用用内梅罗综合污染指数法对鲍丘河在三河区域内上游、中上游、中下游和下游四个断面进行水质评价，选取了地表水水环境评价选择氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及总磷、硫酸盐、氯化物以及氟化物等无机物作为评价指标，选择六价铬、锰、铅、镉四项重金属以及砷、硒两项非金属作为评价指标。评价结果表明：研究区中水环境的主要污染物有氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、总磷以及砷、锰、铁、等毒理指标。

　　1.3研究目标

　　根据水环境定义可以明确本次论文研究目标是研究区环境中的地表水和地下水。

　　(1)进一步了解夏垫镇内重金属污染的情况，掌握重金属污染现状;

　　(2)通过该项目熟悉并掌握重金属离子的检测及评价的内容和方法，确定污染物的时空分布特征以及变化趋势;

　　(3)对污染区排放口及其周边地表水、地下水井以及居民饮用水进行水样采集，进行水质监测，对研究区的水质污染作出评价[8]，确定该区重金属污染程度[9];

　　(4)根据数据分析结果进行环境评价，为进一步进行该地区的水体保护和修复提供依据;

　　1.4研究内容

　　(1)在充分了解研究区地质条件及污染源分布的基础上，选取具有代表性的点进行水样采集[10]、水质检测[11]，确定地下水的水化学类型[12]，进而对夏垫镇的水质污染作出评价[13];

　　(2)检测七大离子及六价铬、铅、锰、镉、铁、砷和硒等指标[14]，确定污染物的时空分布特征以及变化趋势。

　　1.5研究技术路线

　　用水环境评价方法对研究区进行调查评价：

　　(1)采用地面调查和室内试验的方法查明污染物的来源和污染途径。

　　(2)采取内梅罗污染指数法对水环境近况评价、采用综合污染指数法对水质进行评价[15]。

　　具体路线图如下。

图1-1 技术路线图

　　第二章 研究区概况

　　2.1自然地理概况

　　2.1.1地理位置

　　研究区位于河北省中部，西隔潮白河与北京市通州区相望。夏垫镇位于大厂回族自治县北部，西距北京40km，南距天津、东距唐山均120km，京秦电气化铁路和102国道横穿全境，地处潮白河上游，鲍邱河自西向东流贯穿全县。

　　图2-1研究区地理位置图

　　2.1.2地形地貌条件

　　研究区内地形较平坦，该处属河流冲积平原地貌，平均海拔约为11m。地处燕山山前平原区域，总地势北高南低，自北向南倾斜，按地形地貌特点，为平原地区，主要由潮白河、蓟运河冲洪积扇组成，平均海拔高程5.9-31.9m。该地区周围为海拔335.2-458.5m的龙门山和青龙山，中心为海拔200-212m的蒋福山盆地。

　　2.1.3 气象条件

　　研究区地处中纬度地带，属于温带半湿润和半干旱大陆性季风气候，四季分明，春天干旱多风，夏天炎热多雨，秋天晴爽，冬天寒冷干燥，夏天和初秋受东南暖湿气流控制，85%以上的降水量都中在8～9月份，冬天寒冷干燥，春天干旱多风沙;年平均气温11.1℃，历史最高和最低气温分别为40.2℃和-25.8℃，总降雨量为905.1mm，年蒸发量1681.9 mm。历史平均降水量为617.4mm。相对温度平均为58%。鲍邱河在3～5月基本处于断流，小量的河水来自人为排放和5月份稀少的降雨。研究区一年四季分明，风沙小，自然破坏力较低。多年平均降水量走势见图2-2。月平均降水量分布见图2-3。

　　图2-2 多年平均降水量走势图

　　图2-3 月平均降水量分布图

　　2.1.4 水文条件

　　研究区地表水系较为发育，主要有一条河流--鲍邱河，鲍邱河发源于北京顺

　　义，该河流走向由西北向东南，经过大厂后，又进入三河市，在新集镇芮庄子村东南汇入洵河。全长52.755公里，流域面积522.8平方公里，在大厂境内13.6km[2]。至今河流中流淌的多是沿岸注入的生活污水、工业废水。据实地考察可知，鲍邱河属于季节性排沥河道，在夏垫镇境内的鲍邱河水位较低，中上游河段河床底部淤泥较厚，水的流速极慢，部分河段处于干枯状态。具体河流水系见图2-1。

　　2.2地质与水文地质概况

　　2.2.1 地质条件

　　项目地区地表出露地层为第四系洪冲积(Q4pl+al)疏松沉积地层，第四系地层以下为下伏基岩，主要为蓟县系(Jx)、青白口系(Qn)和寒武系(∈)。

　　蓟县系(Jx)：主要分布于夏垫-马坊断裂两侧，地层走向北东—南西，岩性主要为白云岩和白云质灰岩。

　　青白口系(Qn)：分布于评估区南部，呈东—西向条带状分布，主要岩性为粉砂质页岩和粉砂岩。

　　寒武系(∈)：分布在评估区南部，呈东—西向条带状分布。主要岩性为鲕状灰岩、竹叶状灰岩、黄褐色泥质条带状灰岩和紫红色页岩等。

　　奥陶系(O)：分布于评估区附近，呈东—西向条带状分布。主要岩性为灰岩。

　　石炭二叠系(C-P)：分布于评估区北部，夏垫马坊断裂西侧。主要岩性为砂岩。

　　第四系(Q4)：研究区广泛分布，主要为洪冲积(Q4pl+al)松散沉积地层，评估区该地层厚度以夏垫马坊断裂为界从西北至东南逐渐变厚，厚度范围在100m～3000m左右，岩性主要为砂和粘性土互层。

　　在地质构造上，研究区内有一大型断裂带穿过即夏垫断裂带，该断裂是华北平原区北部一条重要的北东向隐伏活动断层，断裂走向为N50E，倾向SE，倾角50°—70°。夏垫断裂是大厂回族自治县凹陷和北京通州区突起两个第四纪构造单元间的边界断裂。受到夏垫断裂正断倾滑运动的影响，大厂回族自治县凹陷持续沉降，堆积了厚约600-700m的第四纪松散堆积物。

　　2.2.2 水文地质概况

　　2.2.2.1 地下水的赋存特征和分布特征

　　在研究区地表以下约20.00m深度范围内主要有两个含水层分布，第一个含水层内地下水类型为潜水，主要赋存于埋深约14m以上的粉土和砂类土层中，水位埋深6.25m;第二含水层内地下水类型为承压水，主要赋存于埋深约28m以下的砂类土层中，以下分布多个含水层，包括深层岩溶水，统称为深层承压水。研究区内地下水潜水位比较浅，易受外界因素的影响，浅层地下水主要赋存于地表下20.0m深度范围内的砂类土层及粉土层中。

　　2.2.2.2 地下水类型与含水岩层

　　该地区主要为冲洪积平原，第四系松散堆积物厚约600-700m。地下水类型属于第四系松散层孔隙水，含水层多为细沙层。通过对研究区的地层描述可知本地区在地表以下100m内存在多个含水层，其中位于地表以下10-12m有一细砂层，且与地表直接接触，可知为潜水含水层，在地表以下30m处有一厚约5m的承压含水层，在地表以下37-46米处有一厚9m的细砂层，在60-68m处有一厚8m细砂层，此外，在76-80m处、85-92m处、95-100m处也有三个细砂层，可知项目地区的地下水水量较丰富。

　　2.2.2.3 地下水循环条件

　　在夏垫镇内潜水主要受大气降水入渗补给，地下水水位和水量随着季节的变化比较明显。地下水的排泄方式有蒸发、径流和人工开采三种。浅层承压水补给方式主要为地下水越流、侧向径流等，主要排泄方式为地下水侧向径流和越流补给深层承压水;深层承压水补给方式主要为地下水越流、侧向径流等，主要排泄方式为人工开采和地下水侧向径流。

　　三、研究区环境现状调查

　　3.1污染源调查

　　3.1.1工业污染源调查

　　经走访研究区内鲍邱河沿岸及周边分布有较多的工厂，包括神华、金华、宝生、鑫恒基四个轧钢厂(目前已停产两家)、造纸厂、镀锌厂、汽车修理厂、石料加工厂、化工厂、印刷厂、洗煤厂、饲料厂，此外还有石油油库。工业废水是天然水体最主要的污染源之一，走访了解到，近几年来，研究区污水由污水处理厂处理后排放，使水质有一定的改善。工业污水种类繁多、排放量大、所含污染物组成复杂，它们具有较高的危害性，并且难以处理，尤其部分废水中含有重金属和其它有毒物质，给村民的生命带来威胁。如下图。

 

　　3.1.2 生活污染源

　　经过实地勘察，发现居民区内的生活垃圾较多，该研究区内有不少回族人，看到废弃液和垃圾不经过处理都直接往河里排放或堆积在路旁，村里有着一股刺鼻的腐臭味。沿途看到地表水都是黑色臭水，上层有很多固体悬浮物。随意堆放垃圾现象比较严重，导致居民区地表水质很差，从而通过渗透作用到地下水含水层中的污染物较多，成为典型的地下水污染源。

　　3.1.3 农业污染源

　　据调查了解，几年前，当地村民直接引鲍邱河里的水进行灌溉，间接形成农业的污染源。随着泥土中污染物的累积，降低了土壤的肥力，减少了农作物的产量。几年来，有些耕地已不能种植农作物，只能将耕地变为林地。目前，鲍邱河河水已基本丧失灌溉功能。各村采用机井统一供水灌溉，灌溉井的深度在100-180米左右。

　　3.1.4 污染物在水环境中的运移方式

　　污染物进入含水层之后，在孔隙介质中逐渐扩展，占据的范围越来越大，超过了按平均流动所估计的范规模。污染物在水环境中的运移方式主要以机械弥散、分子扩散及对流三种方式进行。

　　3.2样品采集

　　3.2.1水样采集

　　(1)地表水水样采集

　　经过实地勘察，选择具有代表性的地点采集地表水。地表水水样是从研究区内的鲍邱河中获取的，水样基本覆盖了研究区内鲍邱河的上游、中上游、中下游、下游。并且在现场测定了水温、电导率、氧化还原电位、PH、溶解氧等常规水质指标。采样位置见图3-4。

　　图3-4夏垫采样位置图

　　水样采集情况如下表。

　　表3-1 地表水水样情况

点号	时间	地点	温度（℃）	采集人	记录人	TDS（mg/l）
R-01	2015.11.19	鲍丘河上游	9.4	张家瑾	张艳霞、罗沥	1.54
R-02	2015.11.19	鲍丘河中上游	15.1	张家瑾	张艳霞、罗沥	5.87
R-03	2015.11.19	鲍丘河中下游	11.4	张家瑾	张艳霞、罗沥	3.40
R-04	2015.11.19	鲍丘河下游	11.1	张家瑾	张艳霞、罗沥	2.71

　　(2)地下水水样采集

　　经过实地考察，选择具有代表性的地点采集地下水。地下水水样均从村民家中采集，是居民饮用水，深度为60m、100m、200m不等。据了解村民家打的潜水井已经无法饮用和灌溉，只能用来洗车或者洗地板;浅部承压水主要用来灌溉;深部承压水有部分用来饮用和生活使用，该镇大多数村民生活用水为大厂提供的自来水。采样位置见图3-4。

　　水样采集情况如下表。

　　表3-2 地下水水样情况

点号	时间		地点	温度（℃）	采集人	记录人	TDS（mg/l）
W-01		2015.11.19	夏垫村村民家	10.8	张家瑾	张艳霞、罗沥	3.54
W-02		2015.11.19	兴隆庄村村民家	13.5	张家瑾	张艳霞、罗沥	4.3
W-03		2015.11.19	北太平庄村村民家	12.2	张家瑾	张艳霞、罗沥	3.29
W-04		2015.11.19	太平庄村村民家	13.2	张家瑾	张艳霞、罗沥	4.48
W-05		2015.11.19	东庄村村民家	11.9	张家瑾	张艳霞、罗沥	5.68
W-06		2015.11.19	芮屯村村民家	11.4	张家瑾	张艳霞、罗沥	11.04
W-07		2015.11.19	毛场村村民家	12.7	张家瑾	张艳霞、罗沥	3.13
W-08		2015.11.19	诸葛庄村东街	12.4	张家瑾	张艳霞、罗沥	3.06
W-09		2015.11.19	赵沟子村村民家	12.3	张家瑾	张艳霞、罗沥	5.52

　　第四章 实验部分

　　按照需要和鲍丘河的实际状况，选择河流上游、中上游、中下游、下游四个断面及周围地区地下水井以及居民饮用水进行水样采集，进行水质监测。

　　4.1样品中重金属检测

　　在此次样品中锰、铬、锌、镉、铁、铅、镍等重金属指标检测主要使用的仪器是电感耦合等离子体发射光谱仪。仪器参数：ICP功率为1KW左右，冷却气流量为15L/min，辅助气流量和载气流量约为1L/min，调节载气流量会影响测量灵敏度。样品提升量为1ml/min。采用标准曲线法定量。在重金属的分析中，所检测元素的测定值均在国家标准参比物质的允许误差范围之内。

　　4.2样品中三氮的检测

　　在此次样品中三氮等指标的检测主要是用的仪器是SmarChem全自动化学分析仪。使用经典的比色法。利用机器人技术，全自动取样针把试剂和样品精确地加入比色杯中，搅拌混匀，反应。然后利用高精度双光束数字检测器测量吸光度。对于不同的测量参数，Smartchem可以自动选择相应的波长并测量。

　　4.2.1三氮转化机理

　　氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮简称“三氮”，是衡量水体毒理性和富营养化程度的重要指标。不同形式的氮在水环境中,存在较复杂的转化关系,其中较为重要的一个过程是硝化-反硝化反应过程,氨氮通过硝化作用转化为亚硝酸盐氮，进而转化为硝酸盐氮，硝酸盐氮则通过发硝化作用转化成氮气离开水环境。亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的累积水对水生生物有害。

　　第五章 环境现状评价

　　5.1 地表水环境现状评价

　　5.1.1评价标准

　　依据《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)对地表水水质进行评价;以地表水三类水进行评价;地表水三类水质的标准见下表。

　　表5-1 地表水污染评价标准(单位：mg/L)

检测项目	标准
氨氮（mg/l)	1
硝酸盐(mg/l)	10
亚硝酸盐(mg/l)	0.51
锰（mg/l）	0.1
镉（mg/l）	0.005
锌（mg/l）	1
铬（mg/l）	0.05
铁（mg/l）	0.3
铅（mg/l）	0.05
镍（mg/l）	0.02