新疆阿克苏典型山前洪积扇内高氟地下水的化学特征及氟富集机制

在内陆干旱区,作为重要饮用水源的地下水常面临氟含量超标问题。查明内陆干旱区高氟地下水的分布规律,了解氟在地下水中的富集过程及其影响因素,既可丰富高氟地下水的研究体系,也是保证内陆干旱区饮水安全的重要基础。以新疆阿克苏地区典型山前洪积扇——依格齐艾肯河-喀拉玉尔滚河河间地带为研究区,基于水文地球化学调查结果,刻画了高氟地下水的分布区;结合氟离子含量与特征性水化学指标间的关系,揭示了高氟地下水的成因机制。结果表明:①地下水中氟含量的变化范围为0.8~6.1 mg/L,83%的水样氟含量超过《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定的上限（1.0 mg/L）;②总体上,氟含量沿地下水流动路径逐渐增大,低氟地下水（ρ（F-）≤1.0 mg/L）分布在国道314以北的补给区,高氟地下水（ρ（F-）>1.0 mg/L）分布在国道314以南的径流区和排泄区;③高氟地下水的水化学类型以Cl·HCO₃-Na型为主,而低氟地下水则以Cl·SO₄-Na型为主,高氟地下水相比于低氟地下水优势阴离子偏向于HCO₃-;④地下水的pH值范围为7.9~8.9（均值为8.4）,表明其处于弱碱环境中。地下水中ρ（F-）与pH值呈正相关,此外构成浅层含水层的上更新统沉积物中含有黑云母、氟磷灰石等矿物,其表面存在一定数量的可交换F-,这表明水中OH-与矿物表面F-间的阴离子交换可能对氟的富集有一定贡献;⑤地下水的F-含量与Ca2+含量呈负相关,即高氟地下水中ρ（Ca2+）小于低氟地下水。考虑到氟化钙（CaF₂）是自然界中的主要含氟矿物,也是地下水中氟的主要来源,ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的这种负相关指示着高氟地下水中可能存在去Ca2+、Mg2+作用,如阳离子交替吸附或碳酸盐岩沉淀等。研究区地下水样中ρ（F-）与ρ（Mg2+）间也呈负相关关系,且和ρ（F-）与ρ（Ca2+）间的关系高度相似,也佐证了高氟地下水中去Ca2+、Mg2+作用的存在;⑥绝大部分地下水样品都位于氯碱性指数图的负值区域,且ρ（F-）与CAI-1和CAI-2均呈较好负相关,CAI-1和CAI-2都随ρ（F-）的增大而减小,这表明高氟地下水中存在Ca2+、Mg2+与Na+间更强的交换作用,对氟富集起着重要作用。地下水中ρ（F-）与SAR间呈较好正相关关系,且高氟地下水样的SAR均值（5.71）远大于低氟地下水SAR均值（1.67）,这也进一步证明高氟地下水中的Ca2+、Mg2+与含水介质的Na+间存在强烈的交替作用,对氟的富集起着重要作用;⑦所有地下水样中的萤石均处于未饱和状态,且萤石的饱和指数（SI）与F-含量间呈现较好的正相关,这表明地下水对含氟矿物（主要是萤石）的持续溶解应是导致研究区地下水中氟富集的主要原因。与之相反,研究区所有地下水样中的方解石均处于过饱和状态（SI>0）。这表明CaCO₃的沉淀可能促进了CaF₂的溶解,导致地下水中氟离子质量浓度增高;⑧研究区低氟地下水的δ18O值介于-11.20‰~-10.67‰间,平均值为-10.94‰,而高氟地下水的δ18O值介于-11.65‰~-11.21‰间,平均值为-11.49‰,即低氟地下水较高氟地下水富集δ18O。此外,F-质量浓度较低（ρ（F-）≤3.0 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度呈负相关,即低氟地下水具有更正的δ18O值;F-质量浓度较高（ρ（F-）≥4.8 mg/L）的地下水样中δ18O值与F-质量浓度的相关性不显著,随F-质量浓度的增高,δ18O值基本维持不变。以上表明蒸发浓缩作用对地下水中氟的富集贡献较小;⑨研究区地下水中ρ（F-）/ρ（Cl-）比值与ρ（F-）间呈现正相关,即ρ（F-）/ρ（Cl-）比值随ρ（F-）增高呈增大趋势,这也说明地下水中氟富集的主要原因是含氟矿物的溶解,而不是蒸发浓缩作用。此外,Gibbs图也提供了证据:研究区地下水样基本处于水岩作用主导区域,表明地下水化学特征（包括氟的富集）主要受水岩作用控制,蒸发浓缩影响很小。总之,地下水中氟的富集主要由溶解作用引起,OH-与矿物表面F-间的交换也有贡献,但蒸发浓缩作用影响微弱。含氟矿物持续溶解的驱动机制是阳离子交替吸附（地下水中Ca2+与岩土颗粒表面Na+之间）及方解石沉淀所引起的地下水中Ca2+的衰减。      

微量水δ(~(17)O)和δ(~(18)O)CoF_3法线外同时测试新技术

三氧同位素(16O、17O、18O)组成特征可有效示踪天然水循环及其环境效应,微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法同时测试新技术的建立,可为三氧同位素定量研究提供有效的分析手段,特别是能够捕捉到像光合作用、呼吸作用等生物过程中发生的同位素分馏现象。在国内首次建立了微量水δ(17O)和δ(18O)CoF3法线外同时测试新技术,样品量仅需2μL,整个制样时间约40min。采用在质谱测试前对待测样品在100℃下预热10 min,待O2完全解吸后再进行质谱测试的方法,避免了制样和测试过程中的记忆效应及分馏效应,δ(17O)和δ(18O)的分析精度分别达到±0.07‰和±0.14‰。该法使用固体试剂CoF3替代了剧毒的气态氟化物BrF5,使得制样流程更加安全可靠且样品量少,适用性强,具有很大的推广应用价值。     

西北某退役炼油厂地下水中挥发性有机物污染特征及健康风险评价

挥发性有机物(VOCs)可长期存在于地下水中,从而对人体产生危害。针对西北某退役炼油厂受有机物污染的浅层地下水,开展了地下水中挥发性有机物的污染特征调查,并对其可能产生的健康风险进行评价。研究结果表明,该场地地下水中共检出18种VOCs, VOC单体检出率范围为6.25%～56.25%。特征污染物以苯和1,2,4-三甲苯为主,两者检出率均为56.25%,对照我国《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)的Ⅲ类标准,苯和1,2,4-三甲苯超标率均达到50%。场地内污染物主要来自原液化气储罐区和原柴油灌区的垂向渗漏,表明这两个区域可能为该场地地下水的主要污染源,且污染物分布会受水文地质条件和地下水流向的综合影响,对场地下游地下水造成污染。健康风险评价结果表明,通过饮水途径造成的健康风险占据主导。83.3%的点位致癌风险值(CR)大于10^-6,可能存在致癌风险,其中位于渣油罐区GW11点位的致癌风险值大于10^-4,具有致癌风险;50%的点位危害商(HQ)大于1,会产生非致癌风险,对人体造成一定影响。因此,今后应加强对区域饮水问题的关注和管控...     

硝酸盐污染地下水中溶解性有机质光谱特征及其指示意义:以鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区为例

水资源短缺的西北干旱－半干旱地区，作为重要供水水源的地下水遭受硝酸盐等污染问题日益突出。识别地下水硝酸盐来源及其迁移转化过程对于污染防治至关重要。溶 解 性 有 机 质（ＤＯＭ）及其组分特征对于硝酸盐的迁移转化有着重要影响，因此，探究 ＤＯＭ 组成特征与地下水硝酸盐污染相关性显得尤为必要。以 鄂 尔 多 斯盆地北部湖泊集中区作为研究区，运用紫外－可见光光谱技术和荧光光谱技术手段，表征了硝酸盐污染地下水中ＤＯＭ 的组成特性，分析了地下水硝酸盐污染成因。结果 表 明，研 究 区 深 度４００ｍ 以上的地下水受到不同程度的硝酸盐污染，其主要是由于农牧业活动和生活污水等产生硝酸盐污染，同时质地疏松的沙质土包气带有利于地表污染渗入地下水中。此外，地下水中 ＤＯＭ 主要来源于地表，使得反硝化作用较弱，不利于地下水中 ＮＯ－３ 的自然衰减。      

高温裂解在线测试高氯酸盐氧同位素方法研究

高温裂解在线测试高氯酸盐氧同位素的方法与技术,能够为环境介质中高氯酸盐来源的识别、迁移转化过程的示踪及其污染的防治提供重要的分析工具。采用单因子试验系统研究了方法的裂解温度、样品质量和样品类型对高氯酸盐氧同位素测试精度的影响,并采用阴离子交换树脂法进行高氯酸盐环境样品的预处理,探讨测试方法的应用。实验结果表明,反应温度对方法测试精度的影响显著,反应温度必须严格控制在1325℃;样品质量对测试精度不产生显著影响,但最小样品量不低于0.25μmol ClO-4;测试方法适用于不同类型的高氯酸盐,测试精度均优于0.5‰。测试结果不同的校正方法表明,采用多种氧同位素标准的线性校正优于采用单一高氯酸盐氧同位素标准的校正,特别是在样品与标准的氧同位素组成差别较大时,单一标准的校正会产生较大的误差。基于A530E型双官能团阴离子交换树脂的富集与提取ClO-4的预处理方法,可实现高氯酸盐环境样品的氧同位素测定,测试精度优于0.3‰。     

非传统锑同位素测试技术的初步研究

<正>锑(Sb)在自然界广泛存在,是一个潜在的毒物和致癌性类金属元素,其化学特征与砷(As)相似。偏远地区湖沼沉积和极地冰芯测试结果表明,其污染的时间和铅基本相似,说明锑也是一个长距离传输的全球性污染物。因此,被USEPA和欧盟巴塞尔公约列为全球优先控制污染物之一。USEPA     

硝酸盐污染地下水中溶解性有机质光谱特征及其指示意义:以鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区为例

水资源短缺的西北干旱-半干旱地区,作为重要供水水源的地下水遭受硝酸盐等污染问题日益突出。识别地下水硝酸盐来源及其迁移转化过程对于污染防治至关重要。溶解性有机质(DOM)及其组分特征对于硝酸盐的迁移转化有着重要影响,因此,探究DOM组成特征与地下水硝酸盐污染相关性显得尤为必要。以鄂尔多斯盆地北部湖泊集中区作为研究区,运用紫外-可见光光谱技术和荧光光谱技术手段,表征了硝酸盐污染地下水中DOM的组成特性,分析了地下水硝酸盐污染成因。结果表明,研究区深度400 m以上的地下水受到不同程度的硝酸盐污染,其主要是由于农牧业活动和生活污水等产生硝酸盐污染,同时质地疏松的沙质土包气带有利于地表污染渗入地下水中。此外,地下水中DOM主要来源于地表,使得反硝化作用较弱,不利于地下水中NO~-_3的自然衰减。     

酸性矿山废水对合山地下水污染的硫氧同位素示踪

以广西合山煤矿为例,应用硫酸盐硫、氧同位素示踪并量化酸性矿山废水对矿区地下水的污染。合山矿井水表现出高浓度SO2-4和低p H值的酸性矿山废水特征,其硫酸盐硫、氧同位素组成显著富集轻同位素,表明煤矸石中黄铁矿的氧化是其产生的主要机制,反应途径为微生物作用下Fe3+对Fe S2的氧化。利用硫酸盐硫、氧同位素组成并应用三元混合模型计算,结果表明矿区地下水基本都受到酸性矿山废水的入渗影响,其对地下水硫酸盐的贡献比例为16%~52%。硫酸盐硫、氧同位素能够示踪酸性矿山废水对地下水的影响,是示踪与评价矿山开采活动对地下水污染的有效手段。     

地下水中高氯酸盐来源的同位素示踪研究进展

高氯酸盐(ClO-4)是一种新型的持久性污染物,痕量的ClO-4即可危害人体的健康。中国地下水中ClO-4的污染防治研究迫在眉睫,污染来源解析是其首要解决的关键问题。现阶段的研究表明,ClO-4的氯(δ37 Cl、36 Cl/Cl)和氧(δ18 O、Δ17 O)多元同位素的综合信息为地下水中ClO-4来源及其迁移转化规律的示踪提供了一种重要的工具。ClO-4的氯、氧同位素的测试技术、分馏机理及其对地下水中ClO-4的溯源应用等方面取得了创新性的成果,为我国有效开展地下水中ClO-4来源的定性识别与定量评价研究提供了技术支撑和科学依据。然而,现有的研究成果具有明显的地域局限性,不同区域ClO-4来源的氯、氧同位素特征值的丰富与端元模型的完善,特别是人工合成的ClO-4来源的有效解析,具有重要的理论意义和应用价值。     

内蒙古额济纳盆地硫酸盐沉积物中δ17O异常及其指示意义

为探析我国干旱地区地表硫酸盐沉积物中δ17O异常的存在及其变化特征,在西北额济纳盆地采集地表盐结层、现代风尘土、湖底沉积物和盐池土壤四种不同类型的硫酸盐沉积物样品。利用硫酸银(Ag2SO4)热解法同时测定硫酸盐样品中的δ17O和δ18O值,其δ17O、δ18O和Δ17O的分析精度分别为0.5‰、0.3‰和0.1‰。研究发现:(1)四种不同硫酸盐沉积物中均存在δ17O异常,其Δ17O值为0.2‰~1.0‰,这表明具有δ17O异常的硫酸盐能够从大气圈转移到陆壳矿物中,并在特定的地表环境中累积起来;(2)西戈壁的吉格德查盐池土壤剖面上硫酸盐Δ17O值随深度增加而增大,变化范围为0‰~0.6‰,这可能是干旱区极其有限的降水淋滤作用使具有较大Δ17O值的硫酸盐优先淋滤的结果,这种分离效应揭示的是在干旱的气候条件下,硫酸盐在土壤剖面上分离的过程。本研究证明我国干旱沉积环境中的硫酸盐δ17O异常的存在,为大气中臭氧(O3)和过氧化氢(H2O2)的氧同位素异常能够转移到地表矿物中提供新的证据,为地表沉积物中硫酸盐的来源、迁移、混合及沉积后的变化提供有效信息。