平顶山矿区周边水体的重金属污染及其检测技术

公式（3）中，T 指的是平顶山矿区周边水体样品的重金属 污染检测所消耗盐酸溶液的体积，单位为 mL ；B 指的是所消 耗盐酸溶液的体积，单位为 mL ；M 指的是平顶山矿区周边水
体样品的容量，单位为 ml。在明确 TVB-N 计算公式的基础上，
本文结合偏最小二乘回归、多元线性回归、最小二乘支持向量
机，三种化学计量法相结合的方法，推导 TVC 的计算公式，如公
通过上述可得出平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染 等级，对平顶山矿区周边水体的重金属污染含量进行测定，并将 测定结果作为判断平顶山矿区周边水体的重金属污染程度的参 数标准，最终得出平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果 为 ：Cr 以及 Mn 具有极强的富集能力，为平顶山矿区周边水体中 重金属污染超标元素。
M 管理及其他 anagement and other
平顶山矿区周边水体的重金属污染及其检测技术
邹可可
（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南 平顶山 467000）
摘 要 ：为解决传统平顶山矿区周边水体重金属污染检测误差大的问题，设计平顶山矿区周边水体的重金属污染检测技术，通
过计算重金属累积指数，判断重金属单因子污染等级，得出重金属污染检测结果。设计实例分析，结果表明，设计检测技术检测
2 平顶山矿区周边水体的重金属污染检测技术 2.1 计算平顶山矿区周边水体的重金属累积指数
运用德国科学家 Müller 提出的累积指数计算公式，计算平 顶山矿区周边水体的重金属累积指数 [3]。设平顶山矿区周边水体
的重金属累积指数表达式为 I ，则有公式（2）。
I = log 2( Ci ) k × Si （ 2）
3 实例分析 3.1 实验准备
提出实例分析，选定平顶山矿区周边水体为此次实验的实 验试点，随机在平顶山矿区周边水体中抽取 1000ml 水试样作为 本次实验的样品。选取本次试验中的检测指标为 Cr，首先，使用 本文设计检测技术检测平顶山矿区周边水体的重金属污染质量 分数，通过 matalb 软件记录检测结果，设置为实验组 ；再使用传 统检测技术检测平顶山矿区周东 , 张安宁 , 腊明 , 等 . 平顶山矿区矸石山周边土壤重金属污染及优势植 物富集特征 [J]. 生态环境学报 ,2019,028(006):1216-1223.
[2] 伍鹏 , 舒倩 , 罗小芳 , 等 . 矿区周边土壤—稻米重金属污染特征及其关联性分 析 [J]. 湖南农业科学 ,2019,001(002):54-58.
公式（2）中，Ci 指的是平顶山矿区周边水体的重金属质量 分数 ；k 指的是平顶山矿区周边水体背景值 ；Si 指的是平顶山
矿区周边水体的重金属污染地累积时长。为保证求得平顶山矿 区周边水体的重金属累积指数的准确性，可以将平顶山矿区周 边水体中重金属地累积指数导入数值组。在此过程中，不难发现 重金属地累积数值组的网格数会非常多。这就意味着，在计算地 累积指数的实际操作过程中可能需要用并行机计算。 2.2 水体重金属污染检测多水平影响因素相互关系
2
（ 1）
公式（1）中，k 指的是内梅罗水体重金属质量分数 ； j 指
收稿日期 ：2021-01 作者简介 ：邹可可，男，生于 1987 年，河南叶县人，硕士研究生，工程师，研究 方向 ：水质监测、评价和水环境研究。
的是水体体积。通过公式（1），得出平顶山矿区周边水体的重金 属权值，以此，得出平顶山矿区周边水体的重金属污染主要信 息。平顶山矿区周边水体中 Cr 的最大污染指数为 789.65 ；最小 污染指数为 15.89 ；平顶山矿区周边水体背景值为 58.66 ；重金 属污染平均质量分数 354.67。平顶山矿区周边水体中 Pb 的最大 污染指数为 108.65 ；最小污染指数为 13.24 ；平顶山矿区周边水 体背景值为 20.69 ；重金属污染平均质量分数 65.78。平顶山矿区 周边水体中 Cd 的最大污染指数为 7.88 ；最小污染指数为 1.59 ； 平顶山矿区周边水体背景值为 0.06 ；重金属污染平均质量分数 4.57。平顶山矿区周边水体中 Mn 的最大污染指数为 886.23 ；最 小污染指数为 255.47 ；平顶山矿区周边水体背景值为 566.02 ；重 金属污染平均质量分数 456.31。平顶山矿区周边水体中 Cu 的最 大污染指数为 83.65 ；最小污染指数为 14.69 ；平顶山矿区周边 水体背景值为 19.56；重金属污染平均质量分数 35.64。由此可见， 平顶山矿区周边水体的主要重金属污染元素为 Cr 以及 Mn。
式（4）所示。
((x1 − x2)2 × 1 ×100)
TVC =
n
n
（ 4）
公式（4）中，n 指的是检测的与类样品数据集样本个数 ； x1 指 的 是 检 测 样 本 挥 发 性 盐 基 氮 含 量 的 预 测 数 值，单 位 为 mg/100g ；x2 表示为挥发性盐基氮含量的实际测量值，单位为
345.77
-0.07
358.01
4.51
（4）
345.58
345.65
-0.04
360.36
-6.47
（5）
345.58
346.57
0.11
360.57
-6.68
（6）
345.58
345.32
-0.03
331.58
3.89
（7）
345.58
345.50
-0.01
337.99
3.87
（8）
345.58
[3] 吴嘉文 , 漆亚乔 , 苏燕瑜 . 水产品中重金属的污染现状及其检测技术的研究 [J]. 农产品加工 ( 下半月 ),2019,001(008):57-58,62.
196
3.2 实验结果与分析
整理实验结果，如表 1 所示。
检测批次 （1）
表 1 重金属污染检测结果对比表
实际重金
实验组
属污染质 检测结果
量分数
（%）
误差
对照组
检测结果 （%）
误差
345.58
345.01
-0.12
360.25
-6.52
（2）
345.58
346.25
0.09
357.58
2.89
（3）
345.58
本文上述可知，利用本文检测技术对平顶山矿区周边水体的重
金属污染进行检测具有一定的可行性，且检测结果的准确性更
高，可 实 现 对 平 顶 山 矿 区 周 边 水 体 重 金 属 污 染 的 快 速、无 损、
准确检测。
4 结语 本文通过实例分析的方式，证明了设计检测技术在实际应
用 中 的 适 用 性，以 此 为 依 据，证 明 此 次 优 化 设 计 的 必 要 性。因 此，有理由相信通过本文设计，能够解决传统平顶山矿区周边水 体的重金属污染检测中存在的误差高的缺陷。但本文同样存在 不足之处，主要表现为未对本次平顶山矿区周边水体的重金属 污染检测结果的精密度与准确度进行检验，进一步提高平顶山 矿区周边水体的重金属污染检测结果的可信度。这一点，在未来 针对此方面的研究中可以加以补足。与此同时，还需要对平顶 山矿区周边水体的重金属污染治理方法的优化设计提出深入研 究，以此为彻底解决平顶山矿区周边水体的重金属污染问题提 供建议。
结果误差明显低于对照组，能够解决传统平顶山矿区周边水体重金属污染检测误差大的问题。
关键词 ：平顶山矿区 ；周边水体 ；重金属污染 ；检测技术 ；误差
中图分类号 ：TP343.7
文献标识码 ：A
文章编号 ：11-5004（2021）01-0195-2
平顶山矿区作为我国煤矿的主要产出区，近年来受到相关 部门的大力开采，导致平顶山矿区周边水体存在重金属污染现 象。周边水体重金属污染作为当今污染面积广、污染程度严重的 水文环境问题，必须给予足够的重视 [1]。周边水体中所受到的重 金属污染主要包括 ：铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等，在周 边水体中比重超过 4 所形成的重金属污染 [2]。由于周边水体重金 属污染物中包含对人类健康危害极大的生物学元素，也就是所 谓的“五毒”，分别为 ：汞、镉、砷、铅以及铬，这些生物学元素 一旦通过食物链进入人体，会引发多种疾病，常见的有我国的 “大脖子病”、泰国的“黑脚病”、日本的“骨痛病”以及粤北的“癌 症村”。因此，针对平顶山矿区周边水体的重金属污染问题必须 给予充足的重视，有针对性的提出平顶山矿区周边水体的重金 属污染研究。在我国，传统关于水体的重金属污染检测技术，主 要是通过化学分析的形式，得到重金属污染检测结果，但此技术 在实际应用中存在误差大的问题，无法为水体的重金属污染治 理提供精准、有效的数据。本文在此基础上，通过设计平顶山矿 区周边水体的重金属污染检测技术，致力于为平顶山矿区周边 水体的重金属污染治理提供精准、有效的数据。
1 平顶山矿区周边水体的重金属污染 结合以往对于平顶山矿区周边水体重金属污染的研究中，
本文首先采集平顶山矿区周边水体作为研究对象。而后，通过计 算平顶山矿区周边水体的重金属权值，判断平顶山矿区周边水 体的重金属污染等级。设平顶山矿区周边水体的重金属权值的
计算表达式为 p ，则有公式（1）。
p = (k 2 + max j 2
在上述研究的基础上，进一步深入研究平顶山矿区周边水 体的重金属累积指数与重金属污染检测指标（TVB-N、TVC）之 间相关关系。TVB-N 的计算公式，如公式（3）所示。
TVB − N =((T − B) ×14.007 ×100)
M
（ 3）
195
M 管理及其他 anagement and other
同样通过 matalb 软件记录检测结果，设置为对照组。由此可见，
本文实验对比指标为两种检测技术下测得的检测结果与实际重
金属污染质量分数之间的误差，测得的检测结果与实际重金属
污染质量分数之间的误差越小，证明该检测技术针对平顶山矿
区周边水体的重金属污染检测精度越高。本次实验共设置检测
批次为 10 次。记录实验结果。
mg/100g。通过公式（3）和公式（4）完成对平顶山矿区周边水体 的重金属污染的定量预测，为下文判断平顶山矿区周边水体的 重金属单因子污染等级提供数据支持。 2.3 判断平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级
本文采用中国水体环境质量标准一级标准 ( 背景值 ) 为参 比 值，以 平 顶 山 矿 区 周 边 水 体 重 金 属 污 染 检 测 多 水 平 影 响 因 素 相 互 关 系 为 标 准，判 断 平 顶 山 矿 区 周 边 水 体 的 重 金 属 单 因 子污染等级，当 TVB-N ≤ 0.5，TVC ≤ 0.6 时，平顶山矿区周边 水体的重金属单因子污染等级为安全 ；当 0.5 ＜ TVB-N ≤ 1.5， 0.6 ＜ TVC ≤ 1 时，平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染 等 级 为 警 戒 线 ；当 1.5 ＜ TVB-N ≤ 2.5，1 ＜ TVC ≤ 2 时，平 顶 山 矿 区 周 边 水 体 的 重 金 属 单 因 子 污 染 等 级 为 轻 污 染 ；当 2.5 ＜ TVB-N ≤ 3.5，2 ＜ TVC ≤ 3 时，平顶山矿区周边水体的重金 属单因子污染等级为中污染 ；当 TVB-N ＞ 3.5，TVC ＞ 3 时，平 顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级为重污染。以上，为 平顶山矿区周边水体的重金属单因子污染等级判断结果。 2.4 得出平顶山矿区周边水体的重金属污染检测结果
346.22
0.15
339.54
5.68
（9）
345.58
346.10
0.11
369.45
-8.96
（10）
345.58
345.50
-0.02
369.56
-8.76
由表 1 中实验结果可以看出，本文设计检测技术检测结果
与 实 际 重 金 属 污 染 质 量 分 数 相 比 误 差 明 显 低 于 对 照 组，通 过