地下水硝酸盐污染的同位素研究进展

土壤原生氮、无机化肥和动物粪便等氮源中15N富集程度存在差异,使得利用稳定同位素N(δ15N/14N)能有效识别地下水中NO3-的来源。但N不是一个稳定的示踪剂,地下水中NO3-的δ15N是N源的初始δ15N值、后期进入含水层的迁移路径中和地下水流运动途径中不同形态的N之间相互转化过程,如矿化、吸附、硝化和反硝化作用,发生的同位素分馏作用后的综合反映。利用地下水中NO3-的δ15N确定其来源必须首先确定分馏作用是否发生及其反应程度。本文重点探讨了判断分馏作用是否发生及其反应程度的方法,总结了N同位素判别地下水NO3-污染源方法的发展历程,并指出未来研究工作应该以硝酸盐在包气带中的迁移转化规律为重点。     

地下水硝酸盐污染源解析及氮同位素分馏效应研究进展

地下水硝酸盐污染已成为世界范围内最严重的环境地质问题之一。全面并准确识别硝酸盐污染源,对地下水的有效管理及污染防治具有重要的指导意义。从地下水硝酸盐来源、同位素检测方法、污染源同位素特征、定量解析模型构建、硝酸盐主要转化过程及同位素分馏效应等方面进行总结,比较不同解析方法在硝酸盐溯源中的应用与发展,建议采用多学科、多方法相结合的方式,提高对硝酸盐污染源的全面理解。同位素富集系数是定量解析硝酸盐污染源的重要参数,在源解析过程中探讨硝酸盐转化及同位素分馏机制,能够更好地诠释地下水硝酸盐来源和迁移转化过程,提高源解析的准确性,为地下水硝酸盐污染的准确溯源与有效防治提供参考。     

利用~(15)N和~(18)O识别地下水硝酸盐污染源——以博茨瓦纳东南部拉莫茨瓦为例

硝酸盐污染是博茨瓦纳地下水最严重的问题之一,严重影响了饮水安全。以博茨瓦纳东南部的拉莫茨瓦地区为例,采用水化学和同位素技术,对拉莫茨瓦地区12个地下水样品和2个地表水样品中的氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐的含量和分布特征以及~(15)N和~(18)O同位素进行了分析,研究拉莫茨瓦地下水中的硝酸盐的来源和形成机理。结果表明拉莫茨瓦地下水以HCO_3-Mg型为主,硝酸盐含量较高的地下水主要来自于拉莫茨瓦白云岩含水层内,南部地下水中NO_3~-浓度小于北部地区。研究区的地下水主要来源与大气降水,北部地区蒸发作用较强。拉莫茨瓦村子地下水中的硝酸盐主要来源于粪便污染,受硝化与反硝化作用和蒸发作用的影响,墓地也对地下水中硝酸盐也存在一定影响。     

福建厦门市硝酸型地下水特征、成因及其治理措施建议

地下水硝酸盐污染是世界性水环境问题。地下水硝酸盐绝对含量的增加，引起水质恶化，而其相对含量的增加，改变了地下水的水化学特征。在某些地区NO₃^-成为地下水中的主要阴离子之一，用"硝酸型水"命名这种新的地下水化学类型，目前正在逐渐被学者所接受。本研究通过分析厦门市平原区地下水中硝酸型水分布特征和影响因素，探讨了硝酸型水的水化学指示意义。结果表明，厦门市地下水已受到硝酸盐氮污染。在全区采集的87组地下水样品中，硝酸型水占比36.8%，主要分布于风化残积平原区，东部翔安区和同安区已形成较大面状分布，西部集美区和海沧区分布较少，且呈点状或局部小面积分布。硝酸型水主要存在于氧化沉积环境，具有低pH、低TDS和低硬度特征。风化残坡积含水层的酸性土壤、地下水径流缓慢和浅层地下水埋深浅等特征为地下水NO₃^-富集提供了有利的环境条件。人类生活污水、垃圾渗滤液下渗、农业施肥等是地下水硝酸盐污染的主要来源。建议开展地下水硝酸盐污染源识别研究，针对不同污染来源采取完善污染管网建设、农村改厕、科学施肥等措施，从源头上防治污染。     

氮同位素技术的应用:土壤有机氮作为地下水硝酸盐污染源的条件分析

在土壤排水良好、氧化的地下水环境中,地下水的氮同位素组成反映了源的特征。当地下水硝酸盐的δ15N值在+4‰～+9‰范围内时,这个值域指示地下水硝酸盐污染源是土壤有机氮或化肥与粪便的混合。通过分析对比前人研究资料,地下水中硝酸盐是否来自土壤有机氮的转化,其前提条件是研究区土壤有机氮是否丰富,特别是包气带中是否积累了大量有机氮转化的NO3-,并以石家庄市地下水硝酸盐污染为例,说明了这种条件分析在氮同位素技术应用时的重要性。通过包气带岩性、有机质和NO3-含量分析、施肥区与未施肥区灌水试验对比,土壤有机氮不是石家庄市地下水NO3-的一个主要污染源。当地下水硝酸盐低浓度时(1991),85.7%的样品NO3-的δ15N值在+6.1‰～+8.4‰范围内,指示污染源主要为化肥与粪便的混合,而当现今的高浓度时,样品硝酸盐的δ15N均值(+9.9‰±4.4‰)大于+8‰和超过半数(65%)样品的δ15N值大于+8‰,指示污染源主要是粪便或含粪便的污水。     

岩溶水硝酸盐污染原位修复试验

岩溶含水层的极不均一性特征使岩溶水溶质运移受构造、裂隙空间及其发育方向控制;因环境条件复杂,开展岩溶水污染原位修复技术难度较大,截止目前,国内尚未系统地开展岩溶含水层水污染原位修复研究工作。文章选择鲁中南山区典型岩溶发育及硝酸盐污染地段,施工组合钻孔建设修复试验工程,采用“乙醇+葡萄糖”液态碳源和“聚乙烯醇+淀粉颗粒”固态反应器分别进行岩溶水硝酸盐污染原位修复试验。结果表明:浓度500 mg?L－1、1 000 mg?L－1的“乙醇+葡萄糖”反硝化溶液对硝酸盐浓度的降解率分别为6.45 %和21.52 %;单位长度组成材料“聚乙烯醇3 kg+淀粉颗粒3 kg”、“聚乙烯醇2 kg+淀粉颗粒4 kg”的两种反硝化固态反应器对硝酸盐浓度的降解率分为33.91%和34.96%。试验证明在裂隙型岩溶地区采用孔组方案进行地下水污染原位修复技术可行、且能取得较显著效果。修复工程布设方式和试验成果对类似地区开展岩溶地下水污染原位修复具一定借鉴意义。      

汽油污染含水层中芳香烃的自然去除与生物降解特征

石油烃污染地下水是一个普遍而严重的环境问题.用砂卵石、中粗砂、细砂、粉砂和粘土等在实验室内按照自然界沉积物层序制作了一个含水层物理模型,具有给水、排水、监测、抽提、淋滤与注入等功能.利用该模型开展石油烃污染地下水的特征研究结果表明,苯、甲苯、乙苯和二甲苯(benzene,toluene,ethylbenzene,xylene;BTEX)各溶解组分能够被自然去除,其中甲苯自然衰减的速率系数为0.057 5～0.150 4 d-1,二甲苯为0.068 3～0.104 6 d,乙苯大约为0.047 8 d,苯为O.017 8～0.040 6 d.甲苯与二甲苯容易被去除,然而苯的去除则需要较长的时间.作为BTEX去除反应的电子受体,溶解氧、硝酸盐在需氧或厌氧条件下具有优先利用的机会,而硫酸盐则缺乏优先利用的机会.BTEX溶解组分浓度的降低,加上电子受体浓度的降低,可以表明含水层存在需氧条件与硝酸盐还原条件下的内在生物降解作用.其意义在于通过增加含水层中电子受体的浓度,将有助于内在生物降解能力的增强,从而能够提高含水层中污染物去除的效果.     

加强反硝化条件下地下水中常见有机污染物苯和甲苯微生物降解研究

利用实验室含水层物质微环境实验,对地下水中常见有机污染物苯和甲苯在厌氧反硝化条件下的微生物降解进行了研究。通过１０种方案实验结果的分析对比,所得重要结论如下：在加强了的反硝化条件下,微生物利用ＮＯ－３作为电子受体降解苯和甲苯;降解苯和甲苯的反硝化细菌来自于含水层物质;微生物所需的宏量营养由苯、甲苯和硝酸盐提供,痕量元素来自于含水层物质;环境的酸碱条件对微生物降解具有重要影响,ｐＨ值过高或过低均抑制微生物降解作用的产生。     

地下水污染脆弱性评价方法

地下水污染脆弱性是指污染物自顶部含水层以上某一位置到达地下水系统中某一特定位置的趋势和可能性,进一步分为固有脆弱性和特殊脆弱性。地下水污染脆弱性受地下水流系统和地球化学系统的影响和控制。其主要评价方法有主观分级评价法、统计或基于过程的评价法和综合评价法三大类。中国地下水污染脆弱性评价已有很好的工作基础,评价工作中应以地下水系统为单元,以饮用水井、集中供水水源地、区域含水层系统的补给区为重点保护目标,评价方法应综合区域地下水流系统的过程分析和指数评价方法,并利用已有的区域水质资料进行检验,增强评价结论的科学性和可靠性。     

辽宁省地下水硝酸盐污染成因分析及其防治对策探讨

硝酸盐的含量直接影响地下水的环境质量，对人及动植物均有不同程度危害，通过辽宁地下水硝酸盐监测资料及大量试验资料分析，对硝酸盐污染因素及其成类型进行了系统研究，进而提出了综合防治措施。     

大荔县地下水环境质量评价及成因浅析

基于2006－2007年对研究区野外实地调研和水化学数据的测试分析,以国家地下水质量I类水标准为基值,筛选出12个超标的水化学组分,利用模糊灰色评价方法对地下水环境质量作出评价。结果表明,大荔县地下水绝大部分为5类水．并用熵权赋权法研究导致水质变差的主要水化学组分。结果表明,铁在该区影响最大,其次为氯化物、总硬度、氟化物、溶解性总固体,为苦咸水之源。含水层中铁、总硬度、溶鹪性总固体、硫酸根、卤化物区域性高含量主要由于大荔县特殊的气候、地质背景条件等所决定。而COD、硝酸盐、亚硝酸盐、锰、铬含量的增高由人类活动所为。     

青木关岩溶地下水系统硝酸盐污染研究进展及展望

人为活动通常是地下水硝酸盐污染的主要原因。不同来源的NO3-具有不同的氮同位素组成,利用地下水NO3-中的δ15N值可有效识别地下水硝酸盐污染的来源。以重庆青木关岩溶地下河为例,综述了利用地下水硝酸盐中氮同位素识别NO3-污染源与循环的研究进展,简述了近年迅速发展的阴离子交换树脂取样法,概述了此方面研究存在的主要问题,并展望了今后的研究方向。     

地下水污染脆弱性评价方法

地下水污染脆弱性是指污染物自顶部含水层以上某一位置到达地下水系统中某一特定位置的趋势和可能性,进一步分为固有脆弱性和特殊脆弱性.地下水污染脆弱性受地下水流系统和地球化学系统的影响和控制.其主要评价方法有主观分级评价法、统计或基于过程的评价法和综合评价法三大类.中国地下水污染脆弱性评价已有很好的工作基础,评价工作中应以地下水系统为单元,以饮用水井、集中供水水源地、区域含水层系统的补给区为重点保护目标,评价方法应综合区域地下水流系统的过程分析和指数评价方法,并利用已有的区域水质资料进行检验,增强评价结论的科学性和可靠性.     

地下水污染脆弱性评价方法

地下水污染脆弱性是指污染物自顶部含水层以上某一位置到达地下水系统中某一特定位置的趋势和可能性，进一步分为固有脆弱性和特殊脆弱性。地下水污染脆弱性受地下水流系统和地球化学系统的影响和控制。其主要评价方法有主观分级评价法、统计或基于过程的评价法和综合评价法三大类。中国地下水污染脆弱性评价已有很好的工作基础，评价工作中应以地下水系统为单元，以饮用水井、集中供水水源地、区域含水层系统的补给区为重点保护目标，评价方法应综合区域地下水流系统的过程分析和指数评价方法，并利用已有的区域水质资料进行检验，增强评价结论的科学性和可靠性。     

鲁中山丘区地下水硝酸盐污染状况研究

地下水中硝酸盐污染是人们高度关注的问题,本文通过大量的水质测试分析资料,对位于鲁中山丘区的临朐县、沂源县、沂水县及莒县境内浅层地下水中硝酸盐污染状况进行了评价。评价结果显示,研究区浅层地下水中硝酸盐污染严重,硝酸盐含量(以氮计)大于20 mg/L的Ⅳ、Ⅴ类水水样占总水样的35.17%,Ⅳ、Ⅴ类水分布面积约2 655 km^2,占研究区总面积的33%左右。地下水中硝酸盐污染多呈面状分布特征,农业生产中化肥、有机肥的施用是引起地下水中硝酸盐含量升高的主要原因。     

湖北泉水河流域水化学特征和硝酸盐来源示踪

目前针对喀斯特山区及平原过渡带天然河流硝酸盐的来源识别与追踪的研究鲜有报道,也较少考虑湿润气候区反季节性干旱气候特征对硝酸盐迁移规律的影响.以汉江二级支流泉水河流域为例,分析了从源头喀斯特地区、中间过渡区、平原区地表水和地下水硝酸盐含量及组成的空间变化,采用氮氧同位素识别地表水和地下水硝酸盐来源,利用SIAR模型定量计算各污染源的贡献率.结果表明:土壤有机氮、污水粪便、化肥和大气沉降对地下水硝酸盐来源贡献占比分别为31.4%、20.0%、29.6%和19.0%,对地表水硝酸盐来源的比例分别为32.0%、30.0%、25.0%和13.0%,污水粪便对地表水硝酸盐贡献比例较地下水增高;坝上水样因水体较大,自净能力较强,受污水粪便的影响很小（仅为9.0%）,坝上水样硝酸盐土壤有机氮、大气沉降和化肥的贡献占比分别为43.0%、11.0%和37.0%.枯水期河水主要由地下水缓慢补给,无地表径流汇入,土壤有机氮为河流主要的硝酸盐来源,河流中下游更易受人类活动影响,生活污水和化肥对河流硝酸盐贡献增大.      

浑河傍河区地下水氮污染来源贡献研究

针对沈阳浑河傍河水源地地表、河流及地下水氮污染情况,利用Hydrus-1D实现以点代面模拟过程,计算包气带底部淋滤出水的水量和氮素浓度,并将其作为初始值输入由Visual Modflow构建的含水层氮素迁移转化数值模型,实现地表、包气带与含水层系统间模拟计算的结合。此外,结合地下水氮素测试结果,通过均衡公式计算不同地下水氮污染来源的贡献率。模拟结果表明,东南部地下水氨氮的主要污染来源为浑河补给,贡献率为61.79%;西北部地下水硝酸盐氮的主要污染来源为地表垂向入渗,贡献率为43.92%。     

Delaunay方法的改进及其在地下水污染监测网设计中的应用

地下水污染监测网的设计包括取样点在空间上的采样位置和时间上的取样频率这两方面的确定,其目的是为了准确刻画污染羽在含水层中随时间的变化状况。介绍了一种新的基于Delaunay三角形剖分方法用于地下水污染监测网在空间上的去冗余设计。同时,针对Delaunay方法没有考虑含水层参数变化和不能新增必要监测点的缺陷,提出了改进措施。改进的Delaunay方法可以直接与污染物的运移模型耦合,通过获取的含水层参数能够比较好地检验监测网在空间上的去冗余设计效果。实例研究表明,该方法在保证监测精度的基础上,能够找到最优的空间取样位置点,同时与改进前相比,利用该方法得到的地下水污染监测网能更加客观地反映污染物在含水层中的空间分布特征。     

江苏沿淮地区淮河水与地下水补排关系研究

从淮河江苏段与地下水含水层关系出发,认为淮河河床切割了地下水承压含水层。地下水的水动力特征表明地下水接受了淮河水的补给。从水质研究的角度印证了地表水与地下水的补排关系。将淮河水与潜水、微承压、承压水之间进行聚类分析,印证了微承压、承压水与淮河水同源。     

石家庄市地下水中氮污染分析

通过对石家庄市地下水中“三氮”污染状况的分析，发现硝酸盐是地下水中的主要氮污染物，利用氮同位素方法分析了地下水中硝酸盐氮的来源，讨论了人类开采地下水和施放环境物质对地下水中氮聚集的影响，在人类活动影响强度小的地区，地下水中的硝酸盐污染强度大大低于市区。NO3-浓度与硬度变化趋势表明：氮污染与硬度等指标值升高有一定的联系，但在不同的水文地球化学环境中，在迁移和转化等方面又有着自己的特性。