吉林西部地区高砷地下水砷的阈值分析及风险评价

高砷地下水导致的砷中毒是吉林西部地区近年来新发现的地方病。为评价饮用水中砷对人体健康产生的潜在危害,在野外调查、采样分析的基础上,开展了水砷安全阈值分析,确定了砷的总质量浓度0.05mg/L为研究区的水砷安全阈值,建立了地下水健康风险评价模型,进行了地下水砷健康风险评价。结果表明:研究区地下水砷引起的个人年均风险度最高达2.11×10-3 a-1,其中高砷的第四系承压水中97.06%的采样点水砷对人体的个人年均致癌风险度,大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受值5.0×10-5 a-1;作为备用水源的第三系大安组、泰康组承压水69.57%采样点砷的致癌风险度也超过最大可接受风险水平。通过对风险度评价结果与砷中毒病情等资料的对比分析,风险评价结果与砷中毒病情基本一致,验证了评价结果的合理性。

呼和浩特盆地浅层地下水砷含量分布规律研究

为探究呼和浩特盆地浅层地下水砷含量的分布规律,对研究区380个浅层地下水砷样品数据进行了分析,并利用指示克里格法研究了浅层地下水砷含量超过饮用水标准限值10μg/L的概率分布。结果表明:砷含量由盆地边缘向盆地中西部逐渐升高,大黑河冲湖积平原中心的大黑河两侧是研究区浅层地下水砷含量最高的地区。地下水砷含量超过10μg/L的地区主要分布在盆地的中西部。在土默特左旗的中南部以及托克托县的北部和西南部,地下水砷含量高于10μg/L的概率在0.75以上,面临着较大的砷超标风险。晚更新世—全新世时期古沉积环境格局是影响浅层地下水砷含量分布的重要原因。

基于数值模拟的某纳污坑塘地下水砷污染修复技术设计

某典型纳污坑塘地下水砷污染严重,直接威胁周边农业地区和下游浅湖的生态环境安全。拟采用“抽出-处理+原位化学氧化含水层镀铁”联合修复技术,分别针对地下水砷污染重度污染区和中低污染区进行分区分阶段修复。对重度污染区,采用Visual MODFLOW软件建立地下水流和溶质运移模型,模拟并预测抽出-处理技术的修复效果,模拟结果表明:按中部抽水井抽水、外缘注水井注水的井群布设方案进行分阶段抽注,230d后地下水中砷的去除率达78%。对中低污染区,向含水层中交替注入FeSO4溶液和NaClO溶液进行原位化学氧化含水层镀铁除砷,试验结果和除砷机理表明:通过发生氧化、吸附和共沉淀反应,5次抽注循环后地下水中砷的去除率为80%,但存在地下水中砷浓度反弹现象。本研究可为其他砷污染地下水的修复提供工程经验和参考依据。

银北平原浅层高砷地下水砷富集水化学特征研究

宁夏银川平原是继河套平原之后,在黄河流域发现的又一个高砷地下水分布区.为了总结其高砷地下水的水化学特征,并探索水化学因素对地下水砷释放和富集的影响机制,本文以银川平原北部(银北平原)作为典型研究区,采取野外水文地质调查、水样采集与测试、砷与水化学组分散点图相关分析及水文地球化学方法进行了综合研究.结果表明,银北平原地下水砷含量在0.2~177μg/L之间;高砷地下水(大于50μg/L)pH值多在7.5~8.5,水化学类型主要为HCO_3-Na·Ca、Cl·HCO_3-Na及Cl·HCO_3-Na·Ca型,E_h多在-200^-100 mV.银北平原砷含量较高的地下水中COD、NH_4、HCO_3含量相应也较高,而NO_3和SO_4含量较低.高砷富有机质的冲-湖积含水层经过长期演化,形成偏碱性的中强还原性地下水环境和特殊的水化学特征,也具备极大的砷释放能力.较高的pH导致砷从铁锰氧化物或氢氧化物等水合物或黏土矿物表面解吸.其次部分铁锰氧化物在高pH、低E_h条件下可被还原为低价态可溶性铁锰,从而使与其结合的砷也得以释放进入地下水中.此外重碳酸根与砷酸根、亚砷酸根的竞争吸附行为促使含水层砷的解吸.

金矿尾矿库地下水砷污染迁移的数值模拟研究

文章以金矿尾矿库为研究对象,结合研究区地下水污染状况以及水文地质条件,运用GMS软件模拟尾矿库持续渗漏情况下周边地下水中砷的迁移规律。结果表明,尾矿库持续渗漏情况下,下游饮用水水源地保护区会在未来5年内受到砷污染影响,危及居民供水安全,建议对尾矿库底和尾矿坝进行防渗处理,增加下游地下水质监测频率,制定居民应急供水预案。

新疆奎屯河流域地下水砷富集因素

通过对奎屯河流域49组地下水样中常量元素(K、Ca、Na、Mg、S、Cl)、微量元素分析(As、Fe、Mn、F、P),研究了奎屯河流域高砷地下水的水化学特性,探讨了地下水中砷富集的影响因素.结果表明,奎屯河流域地下水pH平均值为8.16,地下水处于还原环境,且研究区沉积层深厚,地下径流更替缓慢,蒸发量大,年降雨量少.较高pH值、无机物、还原环境、干旱-半干旱的气候条件、封闭的地球化学环境及交替缓慢的水文地质条件为奎屯河流域地下水中砷的富集提供了有利条件.

新疆奎屯地区高砷地下水稳定碳同位素特征及其指示意义

地下水稳定碳同位素可以指示微生物作用下有机质降解过程对砷富集的影响.新疆奎屯地区是中国西北干旱区典型原生高砷水分布区,本研究以地下水为研究对象,奎屯河地表水为对照,通过野外采样,并借助原子荧光、稳定同位素分析等技术手段,对地下水的水化学指标、溶解性无机碳(DIC)、溶解性有机碳(DOC)和碳稳定同位素进行测定与分析.结果表明,研究区73%的地下水为高砷水,平均值为60.60μg·L^(-1),呈还原-弱碱性环境,地表水均为低砷水,呈中性和氧化环境.地下水中优势阴阳离子分别为Cl^(-)和Ca^(2+).地下水DIC受多种来源的共同影响,地表水DIC主要来自碳酸盐岩风化作用的影响.地下水δ^(13)C_(DIC)值的范围为-9.13‰—0.58‰,δ^(13)CDOC值的范围在-21.62‰—-13.79‰之间.地下水中除了微生物作用下有机质降解和碳酸盐岩溶解的影响外,还可能存在产甲烷过程对δ^(13)C_(DIC)值的影响.地下水中δ^(13)C_(DIC)-δ^(13)CDOC差值与ρ(As)、ρ(Fe)均呈显著负相关关系,表明微生物参与了铁氧化物的还原性溶解并促进了As的富集.

松嫩平原西部地下水氟和砷的富集机理与动态变化特征

为揭示松嫩平原西部地下水中氟和砷的演变趋势,以通榆县为典型研究区,系统开展地下水氟和砷浓度现状调查,利用离子比图、自组织映射网络等方法进行水质数据分析.结果表明:潜水氟含量受含水介质沉淀溶解作用的制约,蒸发浓缩作用对大部分浅层高、低氟地下水形成都有一定影响,但并非高氟地下水形成的主导作用.水中铁、锰氧化物的溶解促进浅、深层地下水As的解吸释放.1995年以来区内中东部浅层地下水氟浓度整体水平有所降低,可能与当地大规模开发地下水所导致的地下水位下降、蒸发减弱等因素有关;虽然深层高氟地下水浓度变化不大,但分布范围扩大,可能与浅层高氟地下水经破损井管道渗漏进入承压含水层有关.1995~2021年区内中部与东北部浅层地下水砷浓度整体水平远高于世卫组织饮用水的指导值(10μg/L),虽然深层高砷地下水浓度变化不大,但较浅层地下水高砷区分布更广、富集区更多、污染更严重,这可能与承压含水层的还原条件促进砷的释放有关.因此,通榆县深层地下水的开采,需要避开地下水高砷污染区,且需要合理确定开采水平避免劣质水入侵;同时也要关注开采井止水和开采井的破坏导致的串层污染问题.

黄河下游豫北区高砷地下水空间分布研究

不同类型机器学习模型对地下水砷的预测存在较大差别,现有机器学习模型不能较好预测地下水砷的空间分布。基于黄河下游豫北区1081个浅层地下水砷质量浓度实测值,结合人类活动、气候、沉积环境、土壤理化特征、水文地质等环境因子,构建以随机森林(RF)、极端梯度提升(XGBoost)、支持向量机(SVM)为基学习器,线性判别分析(LDA)为元学习器的堆叠(Stacking)集成学习模型,对研究区高砷地下水空间分布进行预测,并对关键环境变量进行识别。结果表明:研究区地下水砷质量浓度为0.01~190μg/L,超标率为16.74%;相对于RF、XGBoost、SVM模型,Stacking集成学习模型ROC曲线下面积(AUC)、准确率(Accuracy)、特异性(Specificity)和敏感性(Recall)最大;研究区高砷地下水主要分布在太行山前洼地及黄河决口扇地区,占总面积的33.81%;黄河决口情况、年均气温、年降水量、高程、水力梯度是影响研究区高砷地下水分布的重要环境变量,沉积环境与地下水中砷富集显著相关。

江汉平原高砷地下水监测场砷的动态变化特征分析

江汉平原高砷地下水的发现引起了广泛关注,通过对该区域高砷地下水监测场不同深度不同季节地下水样品的分析,揭示了地下水的水化学特征及高砷地下水的垂向分布规律。同时,结合地下水和地表水的水位波动,探讨了地下水中砷含量的动态变化特征。结果表明:地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型,为强的还原性地下水环境,Fe、Mn含量高。大部分监测点都是25m监测井水中砷的含量最高。地下水中砷含量的季节性动态变化特征与地下水水位密切相关。10m监测井砷含量与水位变化的关系最明显,随着水位的下降(抬升),地下水砷含量出现明显的降低(升高)响应。25m和50m监测井地下水中砷含量的动态变化与测压水位的动态变化不完全同步,存在一定的滞后效应,且含水层深度越大,滞后效应越明显。

江汉平原高砷地下水监测场水化学特征及砷富集影响因素分析

江汉平原高砷地下水的发现引起了广泛的关注,通过对该区高砷地下水监测场39个地下水样品的分析,揭示了高砷地下水的水化学特征。同时,结合沉积物砷含量分析和高砷地下水的垂向分布特征,探讨了地下水中砷富集的影响因素。结果表明,地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型,pH值为中性偏弱碱性,Fe、Mn质量浓度很高。25m深度的监测井水中砷质量浓度最高,对应的沉积物中总砷质量浓度也较高。井水中浓烈的H2S气味,偏负的氧化还原电位,高质量浓度的NH4-N、溶解有机碳(DOC)、HCO-3、S2-与低质量浓度的NO-3、SO2-4均指示该区为典型的富含有机质的还原性地下水环境。该条件下沉积物中有机物质的生物降解作用和铁锰氧化物、铁锰氢氧化物的还原是江汉平原高砷地下水形成的主要原因。

内蒙古河套平原高砷地下水赋存环境特征

内蒙古河套平原是世界地方性砷中毒较为严重的地区之一。笔者以平原西部的重病区杭锦后旗为研究区,对高砷地下水赋存环境进行了调查研究。研究表明:高砷区沉积物中As的含量为7.7～34.6mg/kg,其中粘性土和亚粘性土中As含量相对较高。高砷地下水的pH值为7.0～8.3,平均Eh值为-155.1mV,平均矿化度为1.58g/L,主要的水化学类型包括:Cl-HCO3-Na型、Cl-Na型、HCO3-Cl-Na型,As的含量为15.5～1093μg/L,且主要以As(Ⅲ)形态存在,水中DOC(0.73～35.76mg/L)、HCO3-(283.75～1290.48mg/L)、NH4+(0.27～10.48mg/L)的浓度较高,硝酸盐和硫酸盐含量较低。研究区的氟中毒现象也较严重,高氟地下水中氟含量为1.11～6.01mg/L。绝大多数高氟水中砷含量也超标,出现了一种高砷水与高氟水并存的现象。综合判断,河套平原的高砷地下水赋存环境处于还原性环境。还原条件下,高砷区沉积物中的铁/锰氧化物的还原溶解易使吸附的砷释放到地下水中。这是研究区高砷地下水形成的主要原因。

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。

奎屯河及玛纳斯河流域平原区地下水中氮素对砷迁移富集的影响

研究奎屯河及玛纳斯河流域氮素对地下水中As浓度的影响,可以深入了解研究区高砷地下水的迁移富集机理.通过对奎屯河和玛纳斯河流域的34个地下水样品的采集和测试,分析了研究区地下水的水化学成分以及地下水中硝酸盐、氨氮与砷浓度之间的关系,并探讨了地下水系统中氧化还原环境对砷迁移富集的影响.结果表明,奎屯河和玛纳斯河流域高砷地下水水化学类型分别主要为SO_4·HCO_3-Na和HCO_3·SO_4-Na型.研究区高砷地下水赋存于低Eh和NO_3^-,高NH_4^+/NT、Fe、Mn的还原性环境中,在水平上主要分布于流域的地下水排泄区、湖积平原处,奎屯河流域地下水样中砷浓度都超标且明显高于玛纳斯河流域;在垂直方向上,主要集中在80—200 m.地下水中砷浓度和NO_3^-浓度呈负相关关系,这是因为在由NO_3^-指示的处于氧化环境的地下水系统中,铁锰化合物未被还原,因此其吸附的砷的化合物也没有释放.地下水中砷浓度随着NH_4^+/NT增大而增大,NH_4^+/NT可以指示地下水系统的还原环境的强弱程度,NH_4^+/N_T越大,地下水系统还原环境越强,含砷化合物越容易产生还原性溶解,将其吸附的砷释放到地下水中,且五价砷被还原成三价砷.

北方典型内陆盆地高砷地下水的水化学特征及处理技术

我国高砷地下水分布广泛,是受砷污染最严重的地区之一,严重危害居民身体健康,开发经济、高效、环境友好的高砷地下水修复治理技术极具必要性。以大同盆地、呼包平原、河套平原和银川平原为代表性研究区域,归纳总结了北方干旱、半干旱地区典型高砷地下水区水化学特征。通常情况下,高砷地下水的p H值较高,共存阴离子(HCO-3、SO2-4和Cl-)浓度较大,溶解性有机碳含量较高,并且As(Ⅲ)为主要砷形态。开展了针对北方典型高砷地下水特定水化学环境特点(如p H值、共存阴阳离子以及溶解性有机物等)的改性天然菱铁矿除砷性能研究。结果表明,改性天然菱铁矿对溶液p H值具有良好的缓冲能力,其除砷性能基本不受p H值、共存阴离子、Ca/Mg阳离子及以腐殖酸为代表的溶解性有机物等典型高砷地下水水化学特征因素的影响,表明吸附剂对砷具有良好的吸附选择性。另外,改性天然菱铁矿对As(Ⅲ)的去除效果优于对As(V)的去除效果,因此,利用改性天然菱铁矿作为反应介质材料,将其应用于处理主要以As(Ⅲ)形式存在的高砷地下水具备良好的发展前景。

国外高砷地下水研究现状及对我国高砷地下水调查工作的建议

天然条件下形成的高砷地下水环境,已对饮水安全构成了极大威胁,成为世界关注的水环境问题之一。文章在系统收集并整理国外高砷地下水环境最新研究成果的基础上,提出了开展我国高砷地下水环境调查的方向和工作思路。

江汉平原地下水中氮素与砷迁移富集的相关性研究

通过采集江汉平原潜江和监利两个典型地区的77个地下水样品进行分析测试,对该地区高砷地下水的水化学成分以及地下水中硝酸盐、氨氮与砷之间的相关关系进行了分析,并研究了硝酸盐、氨氮控制的氧化还原环境对地下水中砷(As)迁移富集的影响。结果表明:江汉平原地区地下水水化学类型主要为HCO3-Ca·Mg型,地下水中低Eh值,低含量DO、NO-3、SO2-4和高含量的NH+4、S2-表明地下水为强还原环境;地下水中不同形态的氮对砷的迁移富集具有重要的控制性作用,当地下水中的NO-3含量较高时,地下水处于氧化环境,此时吸附在铁锰氧化物表面或与铁锰氧化物结合的砷不能释放到地下水中,从而呈现出地下水中砷含量随NO-3含量的增加而减少的趋势;地下水中砷含量与NH+4/NT比值具有良好的正相关关系,当地下水中NH+4/NT比值逐渐增高时,表明地下水处于还原环境,此时铁锰氧化物和氢氧化物发生还原性溶解,并释放出大量的砷进入地下水中。

河套盆地晚更新世以来黄河改道对高砷地下水分布的控制机制

针对河套盆地开展了历时多年的水文地质环境地质调查,利用采集的298组浅层地下水样品以及收集并甄选的382个水文地质钻孔记录分析发现:河套盆地内95%的高砷地下水(As质量浓度>10μg/L)集中在黄河决口、改道形成的古河道影响带及黄河决口扇裙带。其中,盆地南部首次发现了较为集中的高砷地下水,其分布范围与黄河北岸的晚更新世以来黄河决口、改道形成的4个大型决口扇,在空间上有着良好的对应关系。黄河古河道带及决口扇裙带表现为较强的还原环境及蒸发浓缩作用以及较弱的地表水补给强度。受pH值、含铁氧化物的还原性溶解等因素影响,决口扇裙带浅层地下水中砷的含量略低于平原中部黄河古河道带。结果表明:黄河古河道带及决口扇裙带特定的沉积环境控制着地下水的水文地球化学过程,进而对高砷地下水的分布具有决定性的作用。

铁粉与石英砂对高砷地下水的除砷研究

研究铁粉的除砷效果,考察铁粉与石英砂的质量比对除砷效果的影响。结果表明,采用m(铁粉)∶m(石英砂)=2.0∶100的填料能有效去除高砷地下水中的砷,出水总砷质量浓度<50μg/L。该方法高效、经济,具有良好的应用前景。

上海某地下水砷污染地块详细调查与健康风险评估研究

针对上海某地下水砷污染地块进行了深入研究,开展场地环境详细调查及人体健康风险评估工作。参考上海市污染场地风险评估技术规范,建立"污染源-途径-受体"的暴露途径概念模型。结果表明,第二类用地条件下,该场地仅存在建设开发期间的受体暴露情形,建筑工人因施工作业会暴露于场地地下水污染物而产生健康风险;地下水中致癌污染物砷的致癌风险CRCGW与非致癌风险sub HQCGW分别为1.19 E-7、6.48 E-3,该地块染物砷的致癌风险与非致癌危害商均在可接受范围内,该场地未来可作为第二类用地建设开发,无需开展后续修复治理工作。