基于因子分析法的全国金属水污染状况研究

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【摘要】

工业废水污染问题，成为制约我国经济社会可持续发展的重要瓶颈。采用因子分析方法，选取工业废水中八种金属污染物质作为评价指标，研究了我国31个省份水污染中金属污染状况。研究结果表明了各省份主要污染来源，为我国水污染的治理提供理论依据。

【关键词】

因子分析；金属污染；评价指标

1.引言

人类文明迅速发展的同时，带来了许多环境问题，特别是工业化的发展，工业废水排放成为水污染的主要来源。中国七大水系中国，辽河、海河污染最为严重，长江流域水系水质总体情况良好，但受工业废水和生活污水量分别占全国总量的42.5%和35.7%；据监测，全国115座城市地下水严重污染，占检测总数的97.5%，其中重度污染约占40%；90年代后，我国东部湖泊几乎全部处于富营养化状态。

镉、铅、六价铬、砷、铅、汞、挥发酚及氨氮等金属物质对水体具有严重污染性，易导致水生物缺氧或中毒而死，因此根据2011年中国环境统计年鉴，对全国31个省份的工业废水排放中的污染物进行因子分析，并选出其中八项作为作为评价污染状况的指标。选取因子为：镉（X1）、六价铬（X2）铅（X3）、砷（X4）、挥发酚（X5）、汞（X6）、石油类（X7）、氨氮（X8）。八种物质的用途用以说明废水工业来源，分析各省份污染主要元素，方便确定治理方向，对不同省份进行具有针对性的监测与治理。

2.实证分析

因子分析就是由样本的数据资料将每一个原始变量用起支配作用的公共因子与特殊因子的线性函数来表示，以尽量保持和合理解释原始变量间的复杂关系。基本模型如下：Xp=a运用统计软件SPSS16.0 for Windows，进行KMO值检验，该数据的KMO值为0.553，一般适合因子分析。对数据进行方差贡献率检测，累计方差为80.614%，即3个主因子提供了源资料的80.614%的信息，较为适合因子分析原则。旋转后的累计贡献率未发生变化，即总的信息量没有损失。

因子分析的目的是将具有相近的因子载荷的各个变量置于一个公因子之下，正交方差最大旋转使每一个主因子只与最少个数的变量相关，从而使足够多的因子负荷都很小，更好的实现对因子意义的解释。表1为进行方差最大化旋转前后的因子载荷矩阵，由旋转前的因子载荷矩阵可知，系数差别不是很明显，表明三个公因子的意义不是很清楚，因此进行方差最大化旋转进行调整，得到调整后的因子载荷矩阵。

结果表明，公共因子1为镉、铅、砷的组合；公共因子2为六价铬、汞和氨氮的组合；公共因子3为挥发酚和石油类的组合。铅和砷的公因子系数分别达到0.978和0.971，因而相关性最强，很有可能出自同一个来源。

计算因子得分，并且以提取的3个公共因子的方差贡献率作为权重，建立综合评价模型：

对因子得分及综合得分按降序排列，并以此为标准分别对各省份进行排名，得到一个全国金属水污染情况排名。

第一公共因子是镉、铅、砷的组合，分析工业废水来源，三种元素集中的工业有可能是当地的染料生产行业，电池、化工产品及有色金属制造等行业。以其作为评价条件，污染较为严重的是湖南、云南、广西、江西、甘肃这五个省份。这几个省份矿产资源较为丰富，并且湖南、广西、江西省份水资源丰富，然而由于采矿技术力量不够，选矿、洗矿产生的镉、锰、铅等超标，并随着河流流动，延伸长远，破坏极为严重。第二公共因子是六价铬、汞、氨氮的组合。以江西、广东、湖北、浙江、江苏污染最为严重，皮革生产、食品冷藏等行业易造成六价铬、汞、氨氮类的污染。说明这五个省份的电镀、制革、冶金以及化肥制造等行业污染较为严重。第三公共因子是挥发酚和石油类，挥发酚多来自炼焦、炼油工业废水排放，石油类多来自石油加工、化工工业等废水排放。以山西、河北、江苏、河南、黑龙江污染最为严重，作为老工业基地，这与煤炭工业、炼焦、炼油以及机械制造工业有关。

根据八种指标的综合评价，湖南、江西、广东、云南、湖北的水污染情况较为严重。排名较为靠后的是海南、北京、宁夏、、天津等省份，宁夏、处于西部地区，水资源较少，海南旅游业发展胜于工业发展，因而水污染相对较少；北京、天津等省市，由于近几年的国家政策支持，污染的治理情况较好，但是不能忽略的是，这八项指标以外的污染情况未经测定，其他方面的污染未见得乐观。

3.建议

①政策上完善环境保护法律体系，建立节能减排考核机制，加强环境监督管理职能。增强全民环保意识，同时严格监督工业废水排放情况，道德与法律相结合，走可持续发展的道路。

②提高废水利用率。水体污染中的金属元素本身对工业生产有重大价值，特别是砷、铅、镉、六价铬等元素都是重要化工材料，然而作为废弃物排放，会给水生物和人类带来重大伤害。应采用提高污水处理技术，提取废物中金属进行回收再利用。

③进行生物处理。即利用生物降解的方法对污水进行净化处理后在排放。通过沉池、生物转盘、排毒等相关步骤，对污水进行分解，去除污染物质，或利用一定的能源和处理药剂，把污水中有机污染物转化为污泥和二氧化碳。

参考文献：

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