陕北靖边高铬地下水中硝酸根分布及来源

天然高铬地下水通常含有较高浓度的硝酸根,然而高铬地下水中硝酸根来源及其联系却并不清楚。本文以陕北黄土高原靖边西南地区的高铬地下水为研究对象,采集了不同深度的地下水和沉积物样品,并测试了地下水样品中的溶解Cr、主要阴阳离子、δ^(18)O、δD、δ^(18)O-NO_(3)、δ^(15)N-NO_(3)等以及沉积物的主要组分和可溶性组分。研究结果表明,研究区地下水的水化学组分主要受水文地质条件的影响。第四系黄土潜水水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和HCO_(3)-Ca-Mg型;白垩系环河组、洛河组砂岩承压水水化学类型复杂,主要为HCO_(3)-SO_(4)-Cl-Na-Mg型、HCO_(3)-SO_(4)-Na-Mg型、SO_(4)-Cl-Na-Mg型,地下水处于偏碱性、氧化的环境,具有较高的可溶盐含量。潜水的水化学组分主要来自含水层中硅酸盐风化;承压水水化学组分主要来源于蒸发盐的溶解。垂向上,承压水中硝酸根的平均浓度高于潜水和地表水;地下水硝酸根浓度超标率在研究区从东北到西南呈现高-低-高的趋势;沉积物中可溶性硝酸根与地下水样品在深度上具有相似的变化规律,表明地下水硝酸根主要来源于沉积物。δ^(18)O-NO_(3)和δ^(15)N-NO_(3)结果表明,硝化反应是研究区氮素循环转化的主要过程。在偏碱性氧化性地下水环境中,受溶解氧、硝酸根和硝化反应等多种因素的共同作用,铬趋于从岩石中氧化溶解,迁移进入地下水中。

沉积物中砷的赋存特征及对地下水砷富集的控制:以内蒙古河套盆地为例

【研究目的】河套盆地西侧存在原生高砷地下水,查明含水层沉积物中砷的空间分布和赋存特征,分析地下水砷的富集机理,有利于保障当地居民用水安全。【研究方法】本研究在河套盆地山前冲洪积扇区的钻孔K02和河套盆地平原区的钻孔K01中分别采集25和26个沉积物样品,用于分析岩性特征与地球化学组分,并开展砷的分步提取与解吸附实验。【研究结果】山前冲洪积扇区含水层处于相对氧化的环境中,而平原区含水层处于封闭的还原环境中。后者沉积物电导率普遍高于前者,两者沉积物电导率随深度均有递减趋势。山前冲洪积扇区和平原区沉积物总固相砷含量相差不大,但固相砷的赋存形态差别较大,前者沉积物固相砷以无定形态的铁氧化物或氢氧化物共存的砷为主,后者则以强吸附态砷为主。【结论】沉积物中砷赋存特征的差异是造成平原区地下水砷浓度高于山前冲洪积扇区的主要原因。解吸附实验表明弱碱性环境或高Na/Ca^(0.5)摩尔比值均能促进砷的解吸附,导致地下水中砷的富集。

基于K_(d)的某酸法地浸铀矿山地下水铀运移模拟

地浸铀矿山地下水U污染问题是国际社会广泛关注的环境地质问题,准确预测地浸铀矿山采区外围地下水中U的运移范围对辐射风险评估至关重要。本文以我国某酸法地浸铀矿山为研究对象,利用数值模拟方法定量模拟和预测了不同生产时间地下水中U的运移范围。数值模拟结果表明,地浸生产会明显改变采区流场形态,形成指向采区内部的水力梯度,生产井的抽注是改变流场形态的主控因素。在流场模拟的基础上,建立了不考虑吸附作用的地下水U运移模型与基于K_(d)值的U阻滞运移模型。根据采区内生产井及采区外围不同距离处监测井地下水pH情况,对阻滞运移模型中的K_(d)进行了分区赋值。对比两个模型的模拟结果可以发现,当考虑含水介质对地下水中U的吸附阻滞作用后,模拟结果能够跟现场监测数据更好拟合,表明地浸采区外围地下水中U的运移范围受含水介质的吸附阻滞作用明显;这种情况下,U在地下水中的运移距离缩短了53%,运移范围缩小了41%;阻滞运移模型预测的投产5年后采区外围地下水中U迁移距离为50 m。该结果与现场监测结果基本一致,证明数值模拟手段可以为地浸铀矿山地下水U分布范围预测提供科学依据。

中国不同区域高砷地下水化学特征及形成过程

在中国广泛分布2类高砷地下水区(干旱内陆盆地和湿润河流三角洲),严重危害居民的身体健康。选择以河套盆地、呼和浩特盆地、大同盆地和银川盆地为代表的干旱内陆盆地和以江汉平原和珠江三角洲为代表的湿润河流三角洲为研究对象,分析中国不同区域高砷地下水化学特征和水文地球化学过程。结果表明:江汉平原高砷地下水以HCO3-Ca型为主,大同盆地、河套盆地和银川盆地高砷地下水主要为HCO3-Na型,而珠江三角洲高砷地下水为Cl-Na型;高砷地下水的氧化还原电位低,处于还原环境;SO2-4和NO-3质量浓度总体较低,其中江汉平原SO2-4最低,而河套盆地NO-3最低;铁与砷质量浓度之间的相关性并不显著,珠江三角洲高砷地下水中铁、锰质量浓度最高,砷质量浓度相对较低,而大同盆地高砷地下水中铁、锰质量浓度最低,砷质量浓度相对较高;风化作用、阳离子交换吸附作用和还原作用等不同程度地发生于高砷地下水系统中,在河套盆地和呼和浩特盆地,除铁/锰氧化物矿物的还原性溶解外,黄铁矿沉淀可能是控制地下水中铁、砷质量浓度的一个重要过程,而在江汉平原,铁/锰氧化物矿物的还原性溶解和Fe(Ⅱ)的再吸附是地下水中的主要水文地球化学过程;在地下水pH值较高的干旱内陆盆地,吸附态砷的解吸附也是一个重要的富砷过程。

原生高砷地下水的类型、化学特征及成因

由于分布广、危害大,原生高砷地下水严重威胁全球内数亿居民的身体健康。研究原生高砷地下水的分布、化学特征及成因有助于进一步理解地下水中砷的迁移转化规律,并确保高砷区地下水的可持续利用。在查阅大量文献资料的基础上,结合近10年的高砷地下水研究经验,把原生高砷地下水分为还原性-中性高砷地下水(Ⅰ-1型)和还原性-弱碱性高砷地下水(Ⅰ-2型)、氧化性-弱碱性高砷地下水(Ⅱ型)和氧化性-弱酸性高砷地下水(Ⅲ型)。Ⅰ-1型高砷地下水主要分布于河流三角洲地区,Ⅰ-2型分布于干旱-半干旱封闭内陆盆地,Ⅱ型主要分布于干旱-半干旱平原-盆地,Ⅲ型主要分布于富含黄铁矿或硫化物矿物的基岩地区。Ⅰ-1型高砷地下水处于还原环境,pH呈中性,Fe/Mn氧化物矿物的还原性溶解是造成As富集的主要原因。Ⅰ-2型高砷地下水处于还原环境,pH呈弱碱性,除了Fe/Mn氧化物矿物的还原性溶解外,As的解吸附是含水层中砷释放的重要原因。Ⅱ型高砷地下水处于氧化-弱氧化环境,pH呈弱碱性,As的解吸附是含水层中砷释放的主要原因。Ⅲ型高砷地下水处于氧化环境,pH呈弱酸性,黄铁矿及其他硫化物矿物的氧化溶解导致了含水层中砷的释放。对于Ⅰ-2型高砷地下水,需要深入研究Fe/Mn氧化物矿物的还原性溶解以及As的解吸附对地下水砷富集的相对贡献量。

硼同位素分馏及其在地下水研究中的应用进展

硼(B)在自然界水体和岩石中广泛存在,B的2种稳定同位素(10B和11B)相对质量差较大,因此B同位素容易产生明显的分馏。在不同水文地质环境下,地下水往往具有不同的B同位素组成(δ^(11)B),研究地下水B同位素组成及变化,对认识水文地球化学过程以及合理开发地下水资源具有重要的指导意义。文章在介绍B同位素分馏原理的基础上,归纳了吸附/共沉淀作用、解吸附作用、风化作用、蒸发作用等水文地球化学过程对地下水δ^(11)B值的影响。较为系统地梳理了B同位素技术在地下水研究中的应用成果:(1)由于污染源和海水的δ^(11)B值往往与地下水背景值存在明显差异,因此可利用B同位素示踪地下水污染与海水入侵;(2)不同矿物δ^(11)B值的差异和风化条件的差异会显著影响地下水δ^(11)B值,通过B同位素能反映矿物的风化特征、识别地热水与围岩相互作用过程;(3)地下水B同位素还能用于示踪与氟、砷富集相关的水文地球化学过程,从而完善高氟、高砷地下水的形成机理。在此基础上,分析了B同位素技术在地下水研究中的应用潜力:(1)将B同位素技术与水化学方法及其他同位素技术相结合,量化不同水文地球化学过程对目标组分迁移转化的贡献;(2)对富B地热水、天然劣质地下水地区进行B同位素长期监测,确定不同环境条件下的地下水B端元,定量评估有害组分对环境造成的负面影响。这些科学问题的解决不仅能推动B同位素技术在地下水研究中的进一步发展,还有助于提高对地下水有害组分形成机制的整体认识。

内蒙古河套平原高砷地下水中稀土元素含量及分异特征

高砷地下水是世界范围内的一个重大环境问题。尽管已有工作在高砷地下水的地球化学特征、形成条件和富砷机理等方面取得了很大进展,但其稀土元素(REE)含量及分异特征却一直不清楚,这就限制了稀土方法在评价此类地下水中的应用。在对内蒙古河套盆地地下水样品进行现场测试、实验室分析检测的基础上,我们发现高砷地下水的REE浓度较低。对地下水REE浓度依照北美页岩平均组分(NASC)进行归一化处理后,我们发现大部分水样富集重稀土元素(HREEs),而贫化轻稀土元素(LREEs)。HREEs的富集与地下水中碳酸根对于REE的络合作用密切相关,而弱碱性环境下REE的再吸附可导致LREEs的贫化。所有地下水样表现为Eu正异常,其中大部分表现为Ce负异常。Eu正异常似乎与铁锰氧化物的还原性溶解和解吸附有关,地下水As浓度随[Eu]NASC的升高而升高。从某种意义上说,还原性含水系统中Eu正异常的程度也许可以反映地下水As的富集程度。

内蒙古河套盆地地表水-浅层地下水化学特征及成因

地表水-地下水的相互作用不仅影响地下水化学演化,而且控制地下水化学组分的空间分布,是地下水研究领域的重要课题之一。在内蒙古河套盆地采集地下水样品58组,雨水和地表水样品32组,分析了主要离子、微量组分和氢氧稳定同位素等18个指标。结果表明,研究区地表水除了受蒸发浓缩作用影响外,还受到人为活动的影响,水中钙离子、硫酸根、硝酸根等组分明显升高。浅层地下水具有与地表水类似的主要组分和同位素特征,表明浅层地下水可能受到地表水的影响。地表水补给进入含水层的过程中,可能发生了硅酸盐矿物的非全等溶解、盐岩全等溶解、重晶石沉淀、硝酸根、铁氧化物矿物和硫酸根还原等作用。其中,铁氧化物矿物的还原是地下水砷含量高的主要原因。此外,砷浓度还受硫酸根还原的影响。因此,地下水-地表水的综合研究有助于揭示地下水的成因及水文地球化学过程。

土著微生物作用下含水层沉积物砷的释放与转化

在原位采集内蒙古河套平原高砷含水层中沉积物和土著微生物的基础上,进行了室内微生物淋滤实验研究。实验过程中,使用了3种水溶液(包括去离子水和2种人工配水)和2种营养条件(包括添加2%葡萄糖和未添加葡萄糖)。结果表明,葡萄糖可强化土著微生物的活性,使得悬浮液pH值明显降低,并增加悬浮液中As质量浓度。配水成分影响悬浮物中As质量浓度。在第9 d之后,添加葡萄糖的样品中存在一定强度的硫酸根还原作用,且这种脱硫酸作用受配水成分的影响较小。研究表明,土著微生物影响下砷的释放和转化过程包括沉积物中As(V)的释放、溶液中As(V)的还原以及沉积物中As(Ⅲ)的释放等。与溶液As(V)相比,As(Ⅲ)更有利于沉积物As的释放。在As释放的过程中,溶液中Fe/Mn含量同时增加,且呈很好的线性相关关系。这意味着土著微生物作用下Fe/Mn氧化物矿物的还原性溶解是导致沉积物As释放的主要原因之一。

地下水有机污染的水文地球化学标志物探讨——以河南油田为例

经过野外现场调查和取样分析及室内研究得知南阳油田地下水已遭受不同程度的有机物污染 ,且污染范围可能进一步向油田南部扩散 .根据近似地下水流线方向上地下水中总油质量浓度和Fe,Mn等无机组分的变化势态 ,结合含水介质化学分析结果 ,发现硫酸盐、Fe和Mn可作为地下水有机污染的地球化学标志物 .在含水介质中Fe和Mn质量浓度较高的地方 ,地下水有机污染物降解速度快 ,含水介质中Fe和Mn的氧化物和氢氧化物的还原作用导致了含水层介质中Fe和Mn的缺乏和地下水中溶解Fe和Mn的积聚 ;在含水介质中Fe和Mn质量浓度低的地方 ,地下水中的有机物质量浓度并没有降低 ,相应地地下水中溶解Fe和Mn的质量浓度也很低 .同时 ,由于有机污染物的存在使地下水中硫酸盐被还原 ,导致地下水中硫酸盐质量浓度偏低 。

富砷地下水研究进展

原生高砷地下水已对人类健康构成了极大威胁,许多国家和地区对此进行了较深入的研究。在阅读国内外大量文献资料的基础上,全面系统地总结了世界范围内原生高砷地下水概况、砷富集环境和砷来源、分析方法和技术、砷富集机理以及高砷区水源安全保障技术等。提出了高砷地下水研究的主要发展方向,包括:含水介质中砷形态研究、微生物影响下含水层中砷的释放研究、同位素技术在高砷地下水研究中的应用以及高砷饮用水安全保障技术研究等。

山阴水砷中毒区地下水砷的富集因素分析

通过对山阴地区 66个地下水样中常量元素、微量元素及有机物分析 ,研究了山阴高砷地下水的水化学特性 .并在此基础上 ,结合该地区含水层沉积物矿物分析 ,探讨了地下水中砷富集的影响因素 .结果表明 ,山阴地下水平均 pH为 8 0 9,磷酸根含量为 0 71mg/L ,溶解性有机物含量为 5 1 4mg/L ,以及地下水处于还原环境 .高 pH值、高磷酸根含量及还原环境不利于含水介质对以阴离子形式存在的砷的吸附 ,高溶解性有机物含量则增加了砷的活性 .

人类活动影响下的大同市浅层地下水环境演化

在系统分析、整理研究区20多年来地下水水位和水质资料的基础上,研究了人类强烈活动影响下的地下水水位、水质的时空演化规律;分析了大同市在人类活动影响下的地下水环境演化规律;认为日益增强的人类活动是影响城市地下水资源短缺和水质恶化的重要因素;探讨了大同市水文地球化学的分带性,即把研究区分为地下水补给区(未受影响带)、地下水径流区(工业活动影响带)以及地下水排泄区(农业活动影响带)。这些研究可为大同市地下水政策的制定和实施提供科学的理论依据。

云南滇池流域西芹种植区不同施肥条件下的地下水环境氮素污染

通过野外田间实验,研究了高量施肥处理、低量施肥处理、不施肥处理以及空白对照裸地等不同施肥处理条件下土壤水中各种形态氮的时空分布情况,探讨了地下水环境中氮素在不同施肥处理条件下的迁移转化特征。结果表明,在各种处理条件下,土壤水中硝态氮质量浓度随深度的增大而减小,而亚硝态氮与铵态氮质量浓度在剖面上的变化幅度较大,这种变化主要受土壤水氧化还原电位的影响。硝态氮随时间的变化趋势在4个处理区表现各异:在高量施肥处理区,各层位的土壤水中硝态氮质量浓度总体上呈增大趋势;在低量施肥处理区,硝态氮受作物生长和灌溉的影响呈拍岸浪式向下迁移;在不施肥处理区和空白对照裸地处理区,由于表层土壤中硝态氮背景值较高(0～30cm处土壤硝态氮平均质量分数达到15.59g/kg),灌溉水的下渗也导致硝态氮向下迁移。高量施肥处理区和空白对照裸地处理区土壤水的对比表明,施肥可促进0.6～1.5m深处土壤的反硝化作用,从而增大这些层位土壤水中亚硝态氮和铵态氮的质量浓度。

Y含量对Mg-Zn-Y合金组织和性能的影响

采用X射线衍射和金相显微分析研究了元素Y对Mg-3Zn-xY(x=0.5、1.5、3.0、6.0,质量分数/%)合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在基体中和晶界分布的弥散质点随Y含量的增加而增多,尺寸增大。合金中二次相的种类取决于w(Zn)/w(Y)之比值,随着Y含量的增加,合金中的二次相依次从Mg7Zn3相+I相、I相+W相到W相+H相、H相转变,晶间组织的形态也由点状、细线状向网状转变。合金的抗拉强度、硬度、冲击韧度随着Y含量的增加而提高,塑性则逐渐下降。但Y含量达到6%时合金的综合力学性能下降。

地下水有机污染治理技术现状及发展前景

概述了现有的几种地下水有机污染治理方法：抽出处理、注气—抽取土壤气、内在生物净化、流线控制、多技术结合法、生物治理、吸附、原位反应墙等工作原理和治理效果；

反硝化菌的耐砷驯化及其对水铁矿吸附态砷迁移转化的影响

采集缺氧活性污泥进行室内微生物驯化,培养耐砷反硝化菌。把耐砷反硝化菌、营养液和吸附As(V)的水铁矿在厌氧条件下培养,研究反硝化菌代谢作用下,系统中Fe、Mn、NO3-和As形态的动态变化。结果表明,缺氧活性污泥中的反硝化菌具有一定的耐砷能力。在砷含量500μg/L以内,其反硝化强度基本不受砷的影响。在吸附有砷的水铁矿体系中,反硝化菌所产生的反硝化作用可导致溶液中NO3-含量的降低、Fe含量的升高、As含量降低,且As(III)所占比例增加。这说明,体系中水铁矿的还原性溶解和As(V)的还原性解吸已经发生。As含量降低的原因是,在培养体系中水铁矿的含量高,Fe的释放量只占很小比例,表层水铁矿被还原后,在次表层形成新的水铁矿吸附位,这种新吸附位不仅可以吸附溶液中已经存在的As,而且能够再吸附由于还原性溶解和解吸所释放出的As。

用于降氟的亚粘土改性方法与吸附作用机理研究

研究了改性方法和改性条件对用于降氟的亚粘土除氟性能的影响,得出了每一种改性方法的最佳改性条件,探讨了改性亚粘土的吸附机理.研究表明,改性亚粘土除氟率高、工作交换容量大,除氟率最高达100%.最大工作交换容量达243.30mg·kg^(-1).改性亚粘土降氟功能归因于所含针铁矿和伊利石对于F^-的专性吸附.

改性铁锰结核对水中氟离子的吸附作用研究

我国高氟地下水分布广泛,经济、高效的饮用水除氟技术受到广泛关注。而海底铁锰结核具有很大的比表面积和很好的吸附性能,可作为潜在的除氟材料。本文利用不同剂量的改性剂三氯化铁溶液对铁锰结核进行改性。结果表明,当改性剂剂量大于0.5mmol/g后,吸附剂的除氟效率达到最大且较稳定,约为91%,因此,确定改性剂的最佳剂量为0.5mmol/g。研究了吸附反应时间、氟离子初始浓度、pH值对改性吸附剂除氟性能的影响,并探讨了改性材料的除氟机理。结果表明,改性吸附剂对氟离子的吸附符合Lagergren二级吸附动力学方程。Langmuir吸附等温模型可以很好地描述氟离子的吸附特性,溶液中氟离子是通过单层模式吸附到改性材料表面的。改性材料在pH值3.5～6时具有较好的吸附稳定性。三氯化铁改性的铁锰结核是一种较为理想的除氟材料。

阴离子交换柱分离不同价态砷的研究及其应用

利用醋酸型AG 1-X8阴离子交换树脂和氯化物型AG 1-X8阴离子交换树脂对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)吸附的差异,实现As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的有效分离。过滤和酸化后的水样流经树脂交换柱(75mm×5.3mm i.d.)时,醋酸型AG 1-X8阴离子交换树脂可吸附As(Ⅴ);而As(Ⅲ)可通过树脂柱。被吸附的As(Ⅴ)用0.12mol/L HCl淋洗出来,在此过程中醋酸型树脂转化为氯化物型树脂。该树脂交换柱可多次循环使用。本方法简单易行,适用于野外现场条件下高砷地下水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分离和准确测定;用于检测水铁矿除砷过程中砷价态变化。结果表明,缺氧条件下水铁矿对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附动力学特征遵循假二级反应动力学模式,内扩散不是控制As(Ⅲ)和As(Ⅴ)吸附的因素。随着时间的推移,膜扩散对吸附的控制作用增强。