河套平原地下水砷污染机理的探讨

地下水砷污染是影响地区居民身体健康和生活水平提高的重大环境地质问题之一。本文通过实际调查,从地质、地球化学、环境化学入手,系统分析和探讨了内蒙古河套平原地下水砷污染的形成机理。阐述了地下水中砷的来源及其聚集、迁移的地球化学条件。认为高砷地下水的形成,与特定的地质、地形、古地理和地球化学环境的背影有关。聚集于地层中的砷,由于环境的变化,从非游离态转化为游离态,在地下水动力的作用下,进入地下水中。     

水流场及水化学过程对地下水中砷富集的影响

大同盆地是我国典型原生高砷地下水分布区,为精细刻画地下水系统中砷迁移富集的机理,在盆地高砷地下水分布区建立了面积为150m×250m的多水平试验监测场,开展了系统的水文地质与水文地球化学监测研究。结果表明,富砷沉积物是地下水中砷的直接来源,高pH值、强还原性的地下水环境及竞争吸附离子的存在是含水沉积物中砷向地下水迁移富集的主要控制因素。场地范围内地下水水化学组成及砷的空间分布特征明显受水流场影响,沿地下水径流方向,砷质量浓度逐渐升高。     

华北平原原生富碘地下水系统中碘的迁移富集规律:以石家庄-衡水-沧州剖面为例

高碘地下水是继高砷、高氟地下水之后的又一全球性饮水安全问题,但对地下水系统中碘的赋存形态及迁移富集机理研究尚显不足.为了解华北平原地下水系统中碘的空间分布特征及迁移富集规律,选取石家庄-衡水-沧州典型水文地质剖面,完成地下水样品采集,分析其水化学组成、总碘含量及碘形态组成特征,同时运用phreeqc完成水文地质剖面地球化学反向模拟及相关矿物饱和指数计算,定性定量表征水流场内所发生的水文地球化学过程,进而深入探讨上述过程对地下水系统碘迁移富集的影响.结果表明,区域内地下水中碘含量变化范围为3.35~1 106.00 μg/L,其中,41.86%样品碘含量超过《水源性高碘地区和地方性高碘甲状腺肿病区的规定（GB/T19380-2003）》所界定的150 μg/L国家标准;空间上,高碘地下水主要分布于渤海湾区;地下水中碘的主要赋存形态为碘离子及碘酸根离子,其分布受氧化还原环境控制,碘酸根离子主要出现于氧化环境中;沿地下水流向,地下水环境朝利于液相碘迁移富集的方向演变;渤海湾区,海水入侵影响下形成的偏碱性、（弱）还原环境,利于碘从沉积物中迁移释放至地下水中;碘在不同铁矿物相上的搭载能力及氧化还原环境演化导致的铁矿物相转化,是造成华北平原地下水系统中碘迁移富集的主要水文地球化学过程.      

吉林西部砷中毒区高砷地下水反向地球化学模拟

为了解吉林西部砷中毒区高砷地下水水-岩作用过程及砷的迁移转化规律,通过野外调查、样品采集和数据测试,利用地下水化学测试数据,分析了该区地下水化学特征以及高砷地下水的水平和垂向分布规律.在地下水流场及水化学特征分析的基础上,应用PHREEQC软件进行了地下水砷的反向地球化学模拟,计算了沿同一水流路径下含砷、铁、锰等矿物的溶解或析出量.模拟结果表明:沿地下水流方向,含砷元素的矿物臭葱石在路径1和路径2上不同水样点间溶解进入地下水的量分别为2.44×10-6、8.03×10-7、7.98×10-6和4.14×10-7 mmol/L,含铁、锰元素的矿物针铁矿、赤铁矿、软锰矿和方铁锰矿的质量交换结果均为正值;表明沿模拟路径这几种矿物发生溶解进入地下水,而硫酸根离子和CO2的交换量为负值,从地下水中析出.以上研究证实了地下水中砷与铁、锰元素具有良好的相关性,且高砷水在碱性的还原环境富集.     

地下水氮循环与砷迁移转化耦合的研究现状和趋势

地下水中铵根、砷、溶解铁的共存是一个普遍现象。它们之间发生强烈的相互作用,并影响地下水系统的氮循环和砷迁移转化。文章在系统总结地下水氮循环过程及影响因素、地下水氮循环功能微生物及特征、地下水砷富集的水文地球化学过程等国内外研究现状的基础上,深入分析了地下水系统中的氮循环过程（硝化、反硝化、铁铵氧化、厌氧铵氧化、硝酸根异化还原产铵等）对地下水砷迁移转化的影响,总结出含水层中铁氧化物和溶解态Fe(II)的动态转化是氮循环影响地下水中砷迁移转化的重要桥梁。据此提出不同氧化还原环境的含水层中氮循环过程、地下水氮循环与砷迁移转化耦合机理、Fe(III)-Fe(II)的循环-地下水氮循环-砷迁移转化之间的相互作用过程、地表水-地下水相互作用带氮-铁-砷的循环过程及其对人类活动的响应等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势。这些科学问题的解决不仅有利于识别地下水中氮的来源和迁移转化,而且有利于提高对高砷地下水富集机理的整体认识。     

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。     

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。     

内蒙古河套平原典型高砷区地下水中砷的演化规律

通过对高砷地下水典型区完整地质单元不同深度含水层地下水进行监测,分析了与砷释放、迁移和富集有关的敏感因素（水位、Eh、总铁、亚铁等）的时间和空间变化规律,探讨了高砷地下水的形成机理。结果发现,地下水灌溉区和黄河水灌溉区,地下水水位均受人为灌溉活动的影响。地下水砷含量在空间和时间尺度上发生有规律的变化。在空间尺度上,地下水中砷含量随着深度的增加而升高,井深小于10 m的地下水砷含量在1.88～2.58 μg/L;井深在10~15 m之间的地下水中砷含量在18.2～217 μg/L;井深在15~25 m之间的地下水中砷含量在38.3～226 μg/L。受人为灌溉影响,地下水中砷的含量会随着地下水位的抬升而升高。地下水砷含量随时间变化的原因是水位抬升使水位变化造成氧化还原环境改变。地下水系统中含砷铁氧化物矿物的还原性溶解、脱硫酸作用等是控制地下水砷含量的主要水文地球化学过程。     

塔里木盆地南缘绿洲带地下水砷氟碘分布及共富集成因

由于地表水资源稀缺,地下水是塔里木盆地南缘绿洲带重要用水水源,因此,系统查明该区地下水砷氟碘的分布及成因至关重要。基于塔里木盆地南缘绿洲带233组地下水水样检测结果,分析不同含水层中高砷、高氟和高碘地下水的空间分布及水化学特征,结合研究区地质、水文地质条件和地下水赋存环境进一步揭示影响地下水砷氟碘的来源、迁移与富集的水文地球化学过程。结果表明:地下水砷、氟、碘浓度变化范围分别为1.091.2 μg/L、0.0128.31 mg/L、10.02 637.0 μg/L。地下水高砷、高氟和高碘水样分别占总水样的7.3%、47.2%和11.6%,砷氟碘共富集占比为3.0%。砷氟碘共富集地下水主要分布于研究区中部的民丰县,水化学类型主要为Cl·SO₄-Na型。自补给区至过渡区再至蒸发区,地下水氟、碘浓度明显增大,砷浓度在过渡区和蒸发区均较大;砷氟碘共富集地下水取样点主要分布于36.060.0 m深度的浅层承压含水层中。浅层地下水受蒸发作用和矿物溶解沉淀作用的影响,随砷氟碘富集项的增多而增大。第四纪成因类型中风积物对氟浓度的影响较大,洪积-湖积物对砷和碘浓度的影响较大。细粒岩性、平缓的地形、地下水浅埋条件、偏碱性的地下水环境、微生物降解作用下有机质介导的矿物溶解是利于砷氟碘共富集的主要机制。     

灌溉活动对大同盆地表层土壤中砷迁移的影响

大同盆地是我国原生高砷地下水典型分布区。高砷地下水常被用作灌溉水源,灌溉回流对表层土壤中砷迁移和富集有着重要影响,但具体机制尚不清晰。通过场地灌溉模拟试验,并结合室内分析,探讨了灌溉活动对表层土壤中砷迁移转化的影响机制。结果表明,灌溉回流不仅导致地表土壤载砷量显著增加,而且引起潜水位快速上升。近地表还原性环境的强化使得含砷铁氧化物还原溶解增强,从而导致了砷的释放。此外,土壤孔隙水离子强度增加促进了离子交换态砷的迁移。灌溉停止后,伴随潜水位回落,氧化环境的增强有利于结晶态铁氧化物的形成,水砷通过吸附和共沉淀作用重新被铁氧化物固定。因此,高砷地下水灌溉通过改变近地表氧化还原环境可促进砷的迁移,砷和铁的输入最终导致表层土壤总砷和铁含量增加。     

山西山阴、应县一带砷中毒区砷的环境地球化学研究

通过对山西省大同盆地砷中毒区的环境地球化学调查,对病区环境中砷的来源、价态及砷的迁移、富集、转化规律进行了研究。结果表明,盆地周边岩石、煤系地层为富砷岩系,构成砷的原生物源。自然和人为作用将环境中的砷释放出来,在第四系含水层湖冲积物中富集成次生富砷储集层,为水砷的直接来源。由于含砷水在黄水河构造凹地的深层滞留,加之干旱蒸发使水中砷进一步浓集成高砷水,富炭质含水层的还原环境促使Ａｓ５＋向Ａｓ３＋转化,提高了水的毒性,加剧了砷中毒的发生。     

黄河冲积扇平原浅层地下水中氮循环对砷迁移富集的影响

黄河冲积扇平原浅层地下水砷含量超标情况严重,豫北平原的主体是黄河冲洪积扇平原.全面了解豫北平原浅层地下水氮循环驱动下砷的富集模式,对地下水资源的可持续利用和居民健康至关重要.本文采集豫北平原513组浅层地下水样品,采用原子荧光光谱法测定砷含量,原子吸收光谱和离子色谱等方法进行全分析及微量元素分析,对该地区高砷地下水的水...     

Arsenic movement and traces in the groundwater from the Hetao area, Inner Mongolia

In the Hetao area of Inner Mongolia, Quaternary alluvial aquifers used for the water supply are contaminated by naturally occurring arsenic, which heavily affects the health of 200,000 local residents. This study on the isotopes of strontium and relevant elements contained in the groundwater as well as the arsenic in the groundwater and residents’ hair indicates that the arsenic originally derives from the upper reaches of this area where arsenic levels are high in groundwater, rock, and soil. Over, respectively, 44 km (work-line AA′) and 36 km (work-line BB′) away from there, the levels of arsenic in the water, corresponding to the trend of the residents’ arseniasis, decrease along the direction of the flow from 0.251 to 0.05 mg/L and 0.232 to 0.036 mg/L. The result of this research suggests that long-term strategies to deal with this arseniasis should involve finding hydrous terrains uncontaminated by water from the upper reaches and developing routes to prevent water from taking arsenic.     

西南表层岩溶带土壤中砷的迁移规律实验与模拟

岩溶地下河是我国西南地区的重要水源,工业生产过程中产生的砷污染物,除通过落水洞等直接进入并污染地下水外,还会在表层岩溶带溶缝、溶隙内吸附、滞留及富集,并在特定条件下再次迁移,成为"稳定次生污染源".以广西某砷污染事件为例,采用窄缝槽物理模型装置进行砷的动态吸附、解吸实验,并结合地球化学模拟研究砷污染物在表层岩溶带土壤中的迁移规律.实验结果显示表层岩溶带对砷的吸附以物理吸附（扩散过程）为主,相比吸附过程而言解吸速率则显得缓慢,而酸溶液相比去离子水可促进砷的解吸过程.地球化学模拟结果表明土壤矿物中以针铁矿对砷的吸附贡献最大,而酸溶液通过溶蚀针铁矿等矿物削弱对砷的吸附能力.因此在西南岩溶地区,表层岩溶带系统一旦纳入砷污染物,则解吸过程缓慢,易形成砷污染物的滞留、富集;而酸雨作用下砷的解吸、迁移过程加快,则会提高地下水系统的污染风险.      

高砷地下水研究的热点及发展趋势

全球范围内广泛分布的高砷地下水给人们的健康造成了极大的威胁.高砷地下水的形成机理是一项世界性的科学问题.介绍了高砷地下水的分布特点、富集机理,阐明了溶解性有机物、地下水流动特征对高砷地下水形成的影响机制.现今的研究揭示了有机物和微生物协同作用下高砷地下水的形成过程,并且在高砷地下水的空间分布、时间变化特征以及人类活动对高砷地下水形成的影响等方面取得了一些创新性成果.这3方面的研究也逐渐成为近些年高砷地下水研究的热点.这些研究不仅丰富了砷迁移转化的理论成果,而且有助于开辟低砷水源,保障水资源的可持续利用,具有重要的理论和现实意义.     

Arsenic contamination of groundwater: A global synopsis with focus on the Indian Peninsula

More than 2.5 billion people on the globe rely on groundwater for drinking and providing high-quality drinking water has become one of the major challenges of human society.Although groundwater is considered as safe,high concentrations of heavy metals like arsenic(As) can pose potential human health concerns and hazards.In this paper, we present an overview of the current scenario of arsenic contamination of groundwater in various countries across the globe with an emphasis on the Indian Peninsula.With several newly affected regions reported during the last decade, a significant increase has been observed in the global scenario of arsenic contamination.It is estimated that nearly 108 countries are affected by arsenic contamination in groundwater(with concentration beyond maximum permissible limit of 10 ppb recommended by the World Health Organization.The highest among these are from Asia(32) and Europe(31), followed by regions like Africa(20), North America(11), South America(9) and Australia(4).More than 230 million people worldwide, which include 180 million from Asia, are at risk of arsenic poisoning.Southeast Asian countries, Bangladesh, India, Pakistan,China, Nepal, Vietnam, Burma, Thailand and Cambodia, are the most affected.In India, 20 states and 4 Union Territories have so far been affected by arsenic contamination in groundwater.An attempt to evaluate the correlation between arsenic poisoning and aquifer type shows that the groundwater extracted from unconsolidated sedimentary aquifers, particularly those which are located within the younger orogenic belts of the world, are the worst affected.More than 90% of arsenic pollution is inferred to be geogenic.We infer that alluvial sediments are the major source for arsenic contamination in groundwater and we postulate a strong relation with plate tectonic processes, mountain building, erosion and sedimentation.Prolonged consumption of arsenic-contaminated groundwater results in severe health issues like skin, lung, kidney and bladder cancer; coronary heart disease;bronchiectasis; hyperkeratosis and arsenicosis.Since the major source of arsenic in groundwater is of geogenic origin, the extend of pollution is complexly linked with aquifer geometry and aquifer properties of a region.Therefore, remedial measures are to be designed based on the source mineral, climatological and hydrogeological scenario of the affected region.The corrective measures available include removing arsenic from groundwater using filters, exploring deeper or alternative aquifers, treatment of the aquifer itself, dilution method by artificial recharge to groundwater, conjunctive use, and installation of nano-filter, among other procedures.The vast majority of people affected by arsenic contamination in the Asian countries are the poor who live in rural areas and are not aware of the arsenic poisoning and treatment protocols.Therefore, creating awareness and providing proper medical care to these people remain as a great challenge.Very few policy actions have been taken at international level over the past decade to reduce arsenic contamination in drinking water, with the goal of preventing toxic impacts on human health.We recommend that that United Nations Environment Programme(UNEP) and WHO should take stock of the global arsenic poisoning situation and launch a global drive to create awareness among people/medical professionals/health workers/administrators on this global concern.     

煤中砷的迁移及富集机理

As是煤中的毒害性元素之一，煤在开采、运输、燃烧以及其它加工利用过程中，煤中的As进入大气、水及土壤中，对环境造成严重危害。通过详细对As的赋存特征、迁移规律和富集机理的讨论，为高砷煤的利用和对砷污染的控制提供了理论依据。     

Predicting natural arsenic contamination of bedrock groundwater for a local region in Korea and its application

A logistic regression model for the probability of arsenic exceeding the drinking water guidelines (10 μg/L) in bedrock groundwater was developed for a selected county in Korea, where arsenic occurrence and release reactions have been investigated. Arsenic was enriched naturally by the oxidation of sulfide minerals in metasedimentary rocks and mineralized zones, and due to high mobility in alkaline pH conditions, concentrations were high in groundwater of the county. When considering these reactions of arsenic release and water quality characteristics, several geological and geochemical factors were selected as influencing variables in the model. In the final logistic regression model, geological units of limestone and metasedimentary rocks, the concentrations of nitrate and sulfate, and distances to closed mines and adjacent granite were retained as statistically significant variables. Predicted areas of high probability agreed well with known spatial contamination patterns in the county. The model was also applied to an adjacent county, where the groundwater has not previously been tested for the presence of arsenic, and a probability map for arsenic contamination was then produced. Through the analysis of arsenic concentrations at the wells of high probability, it was determined that the applied model accurately indicated the arsenic contamination of groundwater. The logistic regression approach of this study can be applied to predict arsenic contamination in areas of similar geological and geochemical conditions to the county used in this model.