江汉平原高砷地下水与含水层沉积物的地球化学特征

通过采集江汉平原沙湖原种场典型高砷地下水区的27个地下水样品、6个地表水样品和不同深度的沉积物样品,采用X射线荧光光谱、离子色谱、TOC分析仪以及沉积物平行提取方法对该区含水层的水化学特征以及沉积物的地球化学特征进行了分析。结果表明:该区地下水水化学类型主要为HCO_3-Ca·Mg型,属中性偏弱碱性水;氧化还原电位较负,NH+4-N、HS-和Fe(Ⅱ)质量浓度较高,指示地下水的强还原环境;地下水As质量浓度平均值为74.39μg/L,最大值达580.77μg/L,出现在地面以下25m位置,且As(Ⅲ)质量浓度普遍高于As(V)。随深度增加,沉积物中w(As)呈先增加后减小的趋势,在17.4m(黏土层)深度处达到最大(21.15mg/kg),且w(As)随深度的变化与沉积物中TOC、Fe_2O_3、Al_2O_3质量分数以及沉积物比表面积随深度的变化呈现相同的趋势,采用SPSS软件经相关分析亦表明As与TOC、Fe_2O_3、Al_2O_3和比表面积具有较强的相关关系,相关系数分别为0.70,0.68,0.70,0.67,揭示砷在富含有机质、铁铝氧化物及比表面积大的黏土层沉积物中更易富集。沉积物平行提取实验结果表明,江汉平原沉积物中的砷主要以强结晶态铁氧化物、溶解态硫化物和反应性硅酸盐的形式存在。     

高砷含水层沉积物含铁矿物特性及其对砷的水文地球化学作用

含水层沉积物中含铁矿物的特征与活性会影响砷的迁移转化行为。通过内蒙古含水层沉积物含铁矿物的溶解、还原动力学实验,研究了沉积物含铁矿物特征和活性及其与砷运移的关系。结果表明,沉积物中具还原活性的铁氧化物总量(m0)与岩性有关,细砂为52 μmol/g,黏土为45 μmol/g。初始还原速率k′均在10-5 s-1的数量级。表征活性均匀度的参数γ值介于合成铁氧化物矿物和表层沉积物之间。沉积物中Fe(Ⅲ)氧化物的还原活性主要介于人造纤铁矿与针铁矿的活性水平范围内。沉积物中可能存在两类活性水平不同的Fe(Ⅲ)氧化物。As更倾向于吸附在活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物上。还原环境中,活性较强的Fe(Ⅲ)氧化物的还原性溶解,促进了沉积物中砷的释放。     

高砷含水层沉积物矿物学特征及砷的活化

利用X射线衍射和X射线荧光分析、沉积物序列提取试验及矿物饱和度的计算,对采自江汉平原中部沙湖地区典型高砷含水层钻孔沉积物样品矿物学进行了分析,并讨论了控制含水层中砷释放和迁移的地球化学机制.对矿物在沉积物与土壤中的分布及组成的对比分析,在一定程度上指示了矿物赋存环境和/或高砷水形成的环境背景:土壤与沉积物中高岭石以低于其他3种粘土矿物的含量普遍存在,指示了含水层沉积物形成过程江汉平原存在一定的湿热古气候环境;沉积物绿泥石含量低于土壤中绿泥石,恰恰反映了土壤比沉积物略强的碱性环境;沉积物中黄铁矿的存在,显示了含水层局部的强还原性环境,指示地下水中广泛存在的Fe2+容易与二价硫发生沉淀并结合砷.砷主要以无定形铁锰氧化物结合态(平均在31％以上)形式存在,其次以碳酸盐和有机质结合态存在.无定形铁锰氧化物的还原溶解可能是控制砷迁移到地下水中主要的地球化学机制.相对高含量的绿泥石容易在含水层中发生风化,其溶解过程可以将铁释放到地下水中,从而成为影响地下水中砷活化的潜在因素.     

中国多金属结核开辟区沉积物中微量元素地球化学特征

分析了中国多金属结核开辟区沉积物中Ba、Ce、Co、Cr、Cu、Mo、Ni、Sr、V、Y和Zn等11个微量元素的含量。研究表明，开辟区沉积物中微量元素在不同沉积单元中的分布特征存在明显差异，反映了地质历史上沉积环境的不同。沉积物中的Zn、Ni和Mn具有共同来源，反映铁锰氧化物、氢氧化物对这些元素的吸附控制作用；Sr、Ba以及Ce和Y等元素在东区主要与岩源碎屑有关，而西区则主要来自生物碎屑；Cu具有多种来源，东区主要与生物组分和岩源碎屑有关，西区则主要与自生铁锰氧化物的吸附有关。而通常认为与有机物有关的Cr、V等元素在研究区内则主要来自岩源碎屑。     

沉积物地球化学特征和土地利用方式对地下水砷行为的影响

银川平原是典型的高砷内陆盆地。然而人为活动及沉积物地球化学条件对地下水砷分布的影响并不清楚。本文选取银川平原北部平罗县作为研究区,在不同研究单元共采集119组地下水样品(冲洪积平原、冲湖积平原水田区和冲湖积平原旱田区分别为54组、31组和34组),分析了其主量和微量组分含量。另在水田和旱田分别钻井一眼,采集66组沉积物(水田和旱田单元分别为31组和35组)样品,分析了粒度分布、化学成分、强(S2)、弱(S1)结合态砷等物化指标。结果表明,高砷地下水主要分布在10~20m深度范围内;冲洪积平原地下水中砷浓度普遍较低,平均浓度1.71μg·L~(-1),约95%的样品中砷浓度在10μg·L~(-1)以下;而冲湖积平原水田和旱田砷浓度较高,90%以上超过10μg·L~(-1),平均浓度分别达到26.6μg·L~(-1)和39.6μg·L~(-1)。沉积物总砷含量为3.94~75.2 mg·kg~(-1),平均值为11.5 mg·kg~(-1),S1、S2含量范围分别为<0.01~0.33mg·kg~(-1),<0.01~19.5mg·kg~(-1),分别约占总砷的0.7%和6.2%。沉积物中砷与铁、锰含量呈正相关,其分布受水动力条件及岩性的控制,黏土中砷含量较高。结合相同深度地下水砷浓度,得到S2、S1对应的平均砷分配系数Kd分别为0.001L·g~(-1)和0.007L·g~(-1)。Kd与ORP呈较好的正相关性,表明还原环境利于砷的释放;PO3-4的竞争吸附也能促进沉积物中砷的释放。在冲湖积平原,同深度上沉积物组成相近的含水层中,旱田地下水砷浓度较水田高,表明土地利用方式对砷的分布和运移也有重要影响。     

大同盆地高砷地下水系统沉积物环境磁学特征

为了研究高砷含水层沉积物中砷与磁性矿物的关系, 对大同盆地高砷地区含水层钻孔样品进行了环境磁学和地球化学分析, 结果表明亚铁磁性矿物是决定含水层沉积物磁性特征的主要磁性矿物.通过对比砷和磁性参数在垂向上的变化趋势发现, 高砷含量往往对应着低的饱和等温剩磁(SIRM) 值, 揭示出砷和顺磁性矿物之间也存在联系.沉积物砷含量与磁性参数的相关系数均小于0.5 (α=0.05), 表明砷和亚铁磁性矿物及不完整反铁磁性矿物之间不存在明显的联系.在所有磁性参数中磁化率(χ)和砷含量之间相关性最显著, 相关系数均在0.4 (α=0.05) 左右, 低的相关系数与亚铁磁性矿物和不完整反铁磁性矿物对顺铁磁性矿物的稀释有关.该地区高砷地下水的形成可能与水铁矿及纤铁矿等砷的赋存矿物在还原条件下的还原溶解有关.      

大同盆地砷中毒病区沉积物中砷的吸附行为和影响因素分析

沉积物对砷的吸附-解吸作用是控制砷在地下水中的迁移和转化的决定性因素。对砷中毒重病区大同盆地山胡县沉积物中砷的吸附行为和影响因素研究结果表明,沉积物对砷的吸附符合Freundlich吸附等温模式,吸附量主要与沉积物颗粒大小、黏土矿物质量分数和类型、铁铝氧化物质量分数以及沉积物中As的质量分数有关,有机质质量分数对砷的吸附量影响需进一步深入研究。铝硅酸盐、铁铝氧化物质量分数较高且颗粒较细的黏土和亚黏土类沉积物对砷的吸附性较强;而铝硅酸盐、铁铝氧化物质量分数较低且颗粒较粗的细砂和粉砂类沉积物对砷的吸附性较差,其所处的含水层也是形成高砷地下水的主要含水层。pH值为5．5～8．0时,砷的吸附量最大。大同盆地高砷地下水pH条件非常不利于沉积物中砷的吸附,易形成高砷地下水。该区地下水10℃左右的温度条件非常有利于沉积物对砷的吸附,但由于影响因素较多,且地下水的温度在不同季节会发生一定的变化,其产生的影响还有待进一步研究。     

河套平原杭锦后旗沉积物砷元素地球化学特征及其释放和富集机制

通过对典型区域剖面布设、环境地质钻探、现场取样、测试及数据分析,较详细地研究和分析了内蒙河套平原杭锦后旗沉积物中砷的地球化学特征及迁移释放机制。结果表明：杭锦后旗典型区沉积物中As的平均含量具有明显的分带性,且与沉积环境有密切相关,从盆地中心向盆地边缘逐渐增高,与Na、Cl元素的分布规律正好相反;沉积物中As含量与Sb、Fe、Mn、B、V含量正相关,与SiO₂含量呈负相关,反映了沉积物中As的富集与地层中少砂石的含铁锰黏性沉积物有关;研究还表明,As被大量释放到地下水中并造成地下水As含量超标的主要机制与河套平原浅湖洼的还原环境有关。     

黄浦江沉积物中砷的分布和形态特征

黄浦江作为上海的最重要的河流,具有多种功能.关于黄浦江微量元素污染的公开资料零星地分散在有关长江口的研究论文中[1-2],近年来发现黄浦江江水和沉积物中汞含量明显偏高,输入长江的汞逐年增加[3].沉积物与上覆水体之间通过频繁的交换作用,被污染的沉积物还可能成为水体再次污染的潜在来源.为此,本文对黄浦江江水和沉积物中砷的分布、形态进行了研究,并讨论了可能的影响因素.     

砷的水地球化学及其环境效应

砷在水环境中的迁移和富集可以产生严重的砷污染，砷在自然水系中主要以无机砷酸盐（AsO4^3-）和亚砷酸盐（AsO3^3-）两种形式存在，而砷的有机化合物的含量一般都很低，砷酸盐在富氧化性的水体中占优势，而亚砷酸盐则富集于还原性水体中，水体中As3 和As5 的相对含量主要受氧化还原条件和一些吸附一解吸平衡过程控制，As3 类比As5 类的毒性强得多，而无机砷化合物比有机砷化合物的毒性大，在pH值为5－6时，As^5 不易被还原成气态AsH3，而s^3 却能定量地被还原出来，根据这一性质，可完成水体中As3 和As5 的测定，砷在饮用水中的安全阀值仅为10ug/L，水体中高砷的危害可以通过水质净化予在消除或降低，铁的化学沉淀和吸附法，石灰软化法，活性氧化铝净化法和逆流渗透法等都可以有效地去除或降低饮用水中砷的含量。     

黔西南高砷煤的元素地球化学特征

通过分析黔西南高砷煤的元素地球化学特征,探索高砷煤中微量元素、稀土元素的地球化学行为,从而揭示了高砷煤的形成机理。分析表明,高砷煤与非高砷煤在微量元素含量方面存在较大差异,金、汞、铊矿石与龙潭煤系中的砷具有同源性,龙潭煤系页岩与峨眉山玄武岩在稀土元素组成上具有继承性。     

太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学特征

本文对太平洋北部铁锰结核富集区沉积物的元素地球化学作了较为详细的研究。因子分析提供的信息表明,元素的分布主要受三个因子控制:（1）粘土及Fe、Mn氧化物水化物胶体的吸附作用;（2）生物化学作用过程有关的自生沉积作用;（3）海底页岩风化及附近海区的火山喷发作用。元素的来源:（1）Fe、Mn、Cu、Co、Ni、Zn、Cr、Cr、Mg、Al、Ti、K共生,主要来自粘土吸附;（2）C_有机、N、Sr、Na及Si、Ca、Sr主要来自生物化学过程沉积;（3）Pb主要来源于岩石碎屑（火山喷发碎屑）。     

江汉平原高砷地下水原位微生物的铁还原及其对砷释放的影响

微生物参与铁氧化物矿物的还原性溶解是高砷地下水形成的关键过程,其中具有砷还原功能的微生物如何参与含水层砷释放的生物地球化学过程亟待研究.利用从江汉平原典型高砷含水层中厌氧条件下分离出的四株细菌(Citrobacter sp.JH-1、Clostridium sp.JH-6、Exiguobacterium sp.JH-13、Paenibacillus sp.JH-33),通过室内厌氧模拟培养实验,查明其砷、铁还原能力,并通过分别与铁氧化物矿物及原位沉积物共同培养,探究原位含水层微生物参与的砷释放机理.结果表明:四株细菌均具有厌氧条件下砷、铁还原功能,Citrobacter sp.JH-1砷还原能力最强,96 h内还原的As(Ⅴ)浓度为2.22 μmol/L.其中Citrobacter sp.JH-1不仅可在厌氧和有氧条件下还原溶液中的As(Ⅴ),还可在厌氧条件下还原溶液中的Fe(Ⅲ)和无定型的水铁矿,在与含水层沉积物共培养12 d后,沉积物中铁与砷的释放量分别为510 mg/kg及1 150 μg/kg.江汉平原含水层中的原位微生物兼具砷/铁还原功能,在厌氧条件下可还原沉积物中的铁氧化物矿物并促进砷的释放,为深入揭示高砷地下水成因机理与地下水砷污染的防控提供重要科学依据.      

大同盆地浅层含水层沉积物中砷的生物可利用性评价

以采自大同盆地野外试验场的含水层沉积物为研究对象,调查高砷含水层中生物可利用性砷的含量及其影响因素。经实验室测定,沉积物总体呈碱性,Al、Fe等金属元素含量较高。利用连续提取法发现沉积物中砷结合形态主要为无定形和低结晶铁铝氧化物结合态,其次是残余态砷。其中铁铝氧化物形态的砷所占比例达53.54%,非专性吸附态和专性吸附态占14.33%,生物可利用形态的砷较少,这与体外模拟方法测定的生物可利用性砷含量较低吻合。体外模拟实验还发现：肠阶段生物可利用性砷含量比胃阶段低,生理学提取法(PBET)和体外消化法(IVG)测定的生物可利用性砷差异较小。     

江汉平原浅层含水层中土著硫酸盐还原菌对砷迁移释放的影响

硫酸盐还原菌是厌氧环境中参与砷形态转化的重要微生物种群,其介导的生物地球化学循环过程对铁氧化物表面吸附态砷迁移转化的影响亟待深入研究.选取江汉平原典型高砷含水层原位沉积物分离纯化出一株严格厌氧硫酸盐还原菌Desulfovibrio JH-S1,对其进行砷和铁还原能力鉴定,并通过模拟培养实验探究硫酸盐还原菌参与下的铁矿物相转化对吸附态砷迁移的影响.Desulfovibrio JH-S1具有Fe(III)还原能力,无硫和有硫体系中Fe(III)均能被还原,但在硫酸盐充足条件下铁还原量显著增加;该菌株不具备As(V)还原能力,但添加硫酸盐的培养体系中As(V)去除率可达96%以上.Desulfovibrio JH-S1能够还原硫酸盐从而促进载砷的水铁矿还原转化为纤铁矿,并导致吸附的砷释放.江汉平原高砷含水层土著硫酸盐还原菌兼具硫酸盐/铁还原功能,参与了高砷含水层系统中砷-铁-硫耦合循环,对高砷地下水的形成具有重要作用.      

刘家峡水库表层沉积物微量元素地球化学特征

采用多元统计的方法对刘家峡水库表层沉积物中25种微量元素的含量、相关性、来源及控制因素进行了分析。结果显示:研究区表层沉积物中Sr、Zn、Zr和Ba的含量平均值超过了170 μg/g,Cd、Mo和Tl的含量平均值都在1 μg/g以下,其它元素含量平均值则在2.01~104.34 μg/g。元素Cu、V、Co、Cr、Ni、Rb、Li、Cd、Be、Pb、Sc、As、Ga、Nb、Sn、Cs、Tl、Th和Al₂O₃等存在较为明显的相关性,且它们分布规律基本相似。因子分析表明,水库中微量元素分为3个主要来源,第一组分的元素分布受控于矿物岩石的自然风化剥蚀,其贡献率为63.20%;第二组分的Zr和Ba主要受河流沉积物中元素的迁移和转化的影响,其贡献率为12.51%;第三组分的Sr则主要受控于生物成因,其贡献率为9.76%。另外,研究区重金属元素中,Zn和As含量远超过了全球页岩平均值,值得进一步的深入研究。     

黔西南高砷煤的分布及地球化学特征研究

根据野外地质特征结合中子活化成分分析结果,探讨了黔西南高砷煤的分布特征、影响因素和某些地球化学特征。高砷煤严格受构造（褶皱和断层）、地层（二叠系龙潭组）、沉积相（海陆交互相）的控制,分布于平行北斜长轴的断层两侧,愈靠近断层面砷的含量愈高。砷在煤中的分布极不均匀,即使同一煤层变化也极大。在时空关系与元素组合上高砷煤与区内卡林型金矿密切相关。     

河南省太古界水系沉积物地球化学特征

根据１：５０万《河南省地球化学图说明书》的资料,用元素背景值,浓集比率（Ｋ）、叠加系数（Ｋ０）、叠中强度（Ｄ）等判别参数,对河南省太古界水系沉积物地球化学特征作了粗浅研究：太古界的元素背景值与克拉克值相比,Ａｕ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ偏低,而Ｂｉ、Ａｓ明显偏高,太华群中Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｂ等元素后生叠加、分异作物特强。太古界是本省主要矿源层和赋矿层位。     

土壤中铁的氧化物和氢氧化物对砷的吸附

测定了加钠Ａｓｈａｎｔｉ矿区土壤中天然铁氧化物和氢氧化物的砷浓度，发现其变化范围为２￣３５ ６００ｍｇ／ｋｇ。在ｐＨ值中中性的 富氧化粘土的土壤中以及尾矿的表面氧化部分，砷在这两相中的浓度最高，达３５ ６００ｍｇ／ｋｇ。在高酸性土壤或处于还原条件的地方，缺氧化物和氢氧化物中砷的浓度较低（最高为４３３ｍｇ／ｋｇ）。还观测到富有机制土壤的矿物中这两个相的砷浓度更低。在所研究的样品中非晶质铁的氢氧化物中     

砷的地球化学特征与研究方向

砷的毒性在古代就因砒霜而广为人知,国际癌症研究会将砷列为第一类致癌物。目前,世界上有数以百万计的人受到砷中毒的威胁,砷污染事件在世界范围都有报道。环境中的砷的来源很复杂,有自然因素引起的砷污染(主要是地质成因砷污染),也有人为活动带来的砷污染,还有二者共同作用形成的砷污染。此外,砷还可以通过各种自然的地球化学过程和生物过程进行迁移转化,直接或间接对人和动物等产生危害。文章从砷的来源与分布、砷的毒性和危害、砷的迁移转化、生物在砷循环中作用的新认识等方面进行论述,并针对目前国内外砷污染研究现状,提出在已有研究基础上,建议在河套地区进一步开展砷元素地球化学及人体健康关系研究。