地下水石油烃生物降解作用研究

在对某石油污染场地地质、水文地质条件、污染源污染方式调查基础上,根据地下水样测试结果,分析了地下水石油烃污染分布特征、污染晕中指示生物降解作用的电子受体、代谢产物以及重要地球化学参数的变化规律,通过计算矿物饱和指数和采用含水层介质X射线矿物衍射方法研究了污染晕中矿物沉淀反应,计算了含水层的氧化容量。结果表明：由于SO42-背景浓度值较高,硫酸盐还原是污染场地地下水石油烃生物降解的优势反应;菱铁矿、黄铁矿和FeS的沉淀反应是HS-、Fe2＋浓度异常的原因;SO42-的氧化容量在含水层中的氧化容量（OXC）所占比例最大,可进一步推断硫酸盐还原反应是引起污染场地地下水石油烃生物降解的优势反应。     

地下水有机污染的水文地球化学标志物探讨——以河南油田为例

经过野外现场调查和取样分析及室内研究得知南阳油田地下水已遭受不同程度的有机物污染，且污染范围可能进一步向油田南部扩散。根据近似地下水流线方向上地下水中总油质量浓度和Fe,Mn等无机组分的变化势态，结合含水介质化学分析结果，发现硫酸盐、Fe和Mn可作为地下水有机污染和地球化学标志物。在含水介质中Fe和Mn质量浓度较高的地方，地下水有机污染物降解速度快，含水介质中Fe和Mn的氧化物和氢氧化物的还原作用导致了含水层介质中Fe和Mn的缺乏和地下水中溶解Fe和Mn的积聚；在含水介质中Fe和Mn质量浓度低的地方，地下水中的有机物质量浓度并没有降低，相应地地下水中溶解Fe和Mn的质量浓度也很低。同时，由于有机污染物的存在使地下水中硫酸盐被还原，导致城下水中硫酸盐质量浓度偏低，且地下水中Fe对有机物污染的敏感性比Mn强。     

含水层中砷活化迁移的水化学与DOM三维荧光证据

为了认识高砷地下水中砷活化迁移的生物地球化学机制,对江汉平原地下水氧化还原敏感元素的水化学特征及溶解性有机物(DOM)三维荧光信息进行了研究.水化学研究显示,地下水中的砷与铁的还原和有机质的氧化分解过程有密切关系.水样DOM的三维荧光分析表明,地下水中存在微生物介导下氧化还原过程的反应性有机物组分,其中醌类腐殖质与铁、硫酸盐等的还原反应过程联系紧密.还原、氧化醌类及易降解DOM组分与还原产物、砷的关系进一步显示,砷的活化与微生物介导下的铁氧化物的还原过程联系在一起.在这一过程中,易降解有机物充当电子供体的角色并被消耗,而还原醌与氧化醌则很可能扮演了电子飞行过程中的电子飞行物,"催化"了砷活化的氧化还原过程.      

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。     

石油产品污染的土壤和含水层系统的检测与修复：综述

地下岩层中有机化学药品的命运是很难预测的，将需要环境科学家花费10年或20年的时间研究受有机化学药品污染的场地。本文讨论了石油类碳氢化合物污染地下水和土壤的不同路径及其在地下岩层中的气相、液相和固相的分布，总结了常用于修复受石油类碳氢化合物污染的土壤和地下水的技术以及这些技术的应用局限，简要讨论了美国环保总署常用于检测和测定土壤和水样品中石油类碳氢化合物的方法（8260、8270和418．1），以及一些最近开发的用于预测含水层系统中石油类碳氢化合物的命运和迁移的数学模型。本文提供了一些有关轻质和重质石油类碳氢化合物的毒性研究的结果。研究结果表明，若要使环境免受石油类碳氢化合物的污染，需要公众充分了解这些化合物所涉及的风险。石油产品的适当管理与谨慎处理能够降低污染的发生概率。利用装有漏油感应器和阴极保护装置的新型双重壁储油罐代替陈旧和已泄漏的地下储油罐，我们能够明显改善宝贵和脆弱的地下水资源的质量。     

微生物介导下高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型

微生物活动对地下水水化学组分、氧化还原环境及砷的迁移转化有重要影响。研究高砷地下水系统的氧化还原分带性,有助于进一步理解微生物作用下地下水中砷的迁移转化规律,并为高砷地下水原位修复技术提供理论依据。在综述前人的研究成果的基础上,阐明了不同生物地球化学阶段砷的吸附、释放及固定过程,并刻画出高砷地下水系统的氧化还原分带性概念模型。在地下水环境中,微生物依次消耗(还原)溶解氧、NO-3、Fe(Ⅲ)、SO2-4和CO2等组分,氧化有机物获取能量。在溶解氧和NO-3还原阶段,地下水处于偏氧化环境,此时Fe(Ⅲ)还原受到抑制,其负载的砷不会释放到地下水中;当Fe(Ⅲ)还原时,地下水处于还原环境,会导致与之共存的砷释放,形成高砷地下水;而当SO2-4还原时,地下水处于强还原环境,产生的HS-与Fe2+形成的铁硫化物吸附或共沉淀砷,会降低地下水中的砷浓度。     

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.      

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。     

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。     

某石油类污染场地地下水石油烃生物降解的地球化学证据

生物降解地下水石油烃会改变地下水环境的水化学组成,因此可以通过分析污染晕中电子受体、生物降解代谢产物以及重要的地球化学参数量值变化获得生物降解的地球化学证据。本次在对某石油污染场地地质、水文地质条件、污染源污染方式调查基础上,根据地下水样测试结果,详细分析了地下水石油烃污染分布特征、污染晕中指示生物降解作用的电子受体、代谢产物以及重要地球化学参数的空间变化规律,研究结果表明:污染场地内存在氧还原、硝酸盐还原、硫酸盐还原等生物降解作用,其中硫酸盐还原是污染场地地下水石油烃生物降解的优势反应; 在沿地下水流向上,TPH浓度、HCO₃^-浓度和碱度逐渐降低,Eh、电子受体(DO、NO₃^-、SO₄^2-)浓度逐渐升高; 在垂直于地下水流向上,从中心向两侧各组分也呈相似的变化规律。     

南海北部陆坡沉积物中硫酸盐浓度变化模型与硫酸盐甲烷界面(SMI)的计算

硫酸盐作为电子受体,在有机质早期成岩作用中扮演着十分重要的角色,且较浅的硫酸盐甲烷作用带往往预示着下部有较大的甲烷逸散,或下部暗含天然气水合物藏(或天然气藏)。南海北部作为天然气水合物赋存区,了解赋存区沉积物中硫酸盐浓度变化对我们研究沉积物早期成岩作用和水合物的赋存是有重要帮助的。本文在分析了南海北部陆坡多个站位的沉积物柱状剖面中硫酸盐浓度变化特征之后,提出了南海北部硫酸盐变化模型及SMI界面深度计算方法。根据南海北部硫酸盐变化特征由浅至深可依次划分为有机质氧化驱动硫酸盐还原带、中层过渡带及下部甲烷厌氧氧化还原硫酸盐带。其中部分站位下部甲烷厌氧氧化硫酸盐还原带可分为上、下两层,两者硫酸盐还原速率以及硫酸盐梯度具有明显差异。有机质氧化带与甲烷厌氧氧化还原硫酸盐带在区内各处广泛发育,中层过渡带的存在与否取决于下部甲烷通量,在通量较大的地区中层过渡带消失。表层硫酸盐浓度增大是由有机硫氧化产生硫酸盐引起的。还应该注意的是,在计算SMI界面深度时,应剔除上部有机质氧化消耗硫酸盐的相关数据后进行计算,若下部甲烷厌氧氧化层根据硫酸盐还原速率可以划分成不同的两层,则应该使用下层数据进行拟合,计算SMI界面深度。     

水化学及硫同位素对大冶矿区地下水硫酸盐污染的指示

铜铁矿区周边地下水硫酸盐污染是生态环境研究关注的热点问题,精确识别硫酸盐来源及迁移途径对于矿区周边地下水污染防控和供水安全至关重要.利用水化学与硫同位素耦合分析,结合矿区水文地质条件和潜在污染源分布,探讨了区内地下水硫酸盐污染特征、来源及迁移途径.区域内地下水包括松散岩类孔隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水及岩浆岩风化裂隙水,水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca型,水化学组分主要来源于硅酸岩、碳酸盐岩和硫酸盐矿物的溶解以及硫化物氧化;地下水中SO₄^2-含量范围为44.4～2 089.0 mg/L,高值区主要分布在洪山溪尾矿库、矿渣堆存处及矿业生产区附近;地下水中δ³⁴S-SO₄^2-在2.6‰～31.5‰之间,反映其SO₄^2-具有多源性.地下水中SO₄^2-的主要来源包括含水层中石膏矿物的溶解和黄铁矿等含硫矿物氧化输入,高含量的SO₄     

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.      

江汉平原高砷含水层沉积物地球化学特征

选取江汉平原典型地下水砷中毒区仙桃市沙湖原种场为研究区,对3个长50m的钻孔沉积物砷含量与赋存形态及其他化学组成进行了分析。结果表明区内沉积物砷质量分数为1.35~107.5mg/kg(平均值为12.8mg/kg)。黏土或亚黏土层中砷含量较高,这与细粒沉积物中铁锰氧化物、黏土矿物对砷的吸附有关。地下20m左右深度内含水层沉积物中砷含量最高,相应地下水中砷质量浓度高达到1 000μg/L。草酸-草酸铵选择性提取结果指示沉积物中10%~77%(平均38%)的As与无定形铁氢氧化物结合,表明无定形铁氢氧化物还原性溶解可能是控制砷释放与还原的主要地球化学过程,并且有机质生物氧化机制极大地促进了该过程。然而,沉积物中仅1.2%~23%的铁被草酸-草酸铵提取,含水层中砷浓度主要受铁的氢氧化物还原性溶解影响,但其他形式的铁、有机物的吸附作用亦控制着砷的含量。     

海洋沉积物甲烷厌氧氧化作用(AOM)及其对无机硫循环的影响

甲烷厌氧氧化作用(AOM)在调控全球甲烷收支平衡以及缓解因甲烷引起的温室效应等方面扮演着十分重要的角色,成为近些年来海洋生物地球化学领域的研究热点之一.一般而言,海洋沉积物孔隙水硫酸盐还原主要是通过2种反应途径来完成,即氧化有机质途径和AOM途径.长期以来,与有机质氧化途径相关的硫酸盐还原作用研究已有充分展示,而由AOM驱动的硫酸盐还原及其对自生硫化铁形成与埋藏的重要贡献却被严重低估.侧重从生物地球化学、同位素地球化学等角度,综述近些年来不同环境条件下海洋沉积物AOM作用发生的地球化学证据和AOM对沉积物孔隙水硫酸盐消耗比例的贡献大小及其调控因素.AOM过程产生的H2S会与沉积物中活性铁结合形成自生铁硫化物.与沉积物浅表层条件相比,AOM过程固定的自生铁硫化物不容易发生再氧化,更利于在沉积物中埋藏保存起来.AOM与海洋沉积物硫酸盐还原作用相偶联,由AOM驱动的硫酸盐还原过程对海底自生铁硫化物形成与埋藏的重要贡献不容忽视.该综述有助加深对海洋沉积物AOM作用的认识及其对硫循环的全面理解.     

海河流域大清河平原区地下水化学特征及演化规律分析

地下水超采引发大清河流域范围内一系列生态环境负效应,地下水与地表水关系密切,厘清大清河流域平原区地下水化学特征及演化规律,对大清河流域水资源合理开发利用具有重要意义,然而目前尚缺乏对大清河流域地下水化学特征特别是其历史以来的演变规律作系统的分析。本文以海河流域大清河平原区地下含水系统为例,采集浅层含水层组47个水样和深层含水层组32个水样,测试了主要阴离子(Cl^-、SO■、NO^-₃)和阳离子(K⁺、Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)等指标,利用水化学类型、吉布斯模型、离子比值关系等方法,研究其水化学特征及演化规律。测试结果显示：浅层含水层组受到气象和人为因素影响较大,浅层和深层含水层组pH值(7.35～8.92)差异不大,偏碱性;浅层含水层组由于农业活动等影响,造成局部地区的硝酸盐和硫酸盐污染。水岩相互作用分析显示：硅酸盐矿物风化是研究区主要的矿物来源,硅酸盐矿物溶解、阳离子交换为主要的水化学作用。研究区浅层地下水水化学特征总体上受地形和水...     

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。     

南海北部白云凹陷08CF7岩心沉积物的磁化率特征及其意义

海洋沉积物的磁性异常与甲烷渗漏活动及其产物密切相关。为揭示南海北部天然气水合物区沉积物磁化率的变化特征及其意义,对白云凹陷08CF7岩心331个沉积物样品的磁化率进行测定和分析。08CF7岩心沉积物磁化率变化范围为554×10-6~2656×10-6SI,平均值为1141×10-6SI。磁化率随深度变化可分为0~188 cm、188~240 cm及240 cm以下等3段,分别与硫酸盐富集带、硫酸盐-甲烷转换界面(SMT)的上部过渡带及SMT相对应。研究表明,海底天然气渗漏是08CF7岩心沉积物磁化率异常变化的可能原因,其机理是：在强烈的还原环境中,甲烷厌氧氧化反应的产物HS-与沉积物中的Fe3+发生反应,形成顺磁性的黄铁矿。沉积物磁化率变化能快速了解SMT状况及其深度,提供了一种识别南海北部天然气水合物的间接方法。     

江汉平原第四系沉积物中砷的垂向分布规律及其对地下水中砷浓度的影响

含水层沉积物是江汉平原地下水中砷的主要来源,沉积物地球化学特征对地下水的水化学具有重要控制作用。为查明江汉平原第四系沉积物中砷的垂向分布及赋存环境,在典型高砷地下水分布区内选取2个深钻(JH002孔及YLW01孔,深度分别为230m和201m)采集沉积物样品进行了地球化学分析。结果表明全新统和上更新统含水层沉积物以黏土、粉土、淤泥质黏土、粉砂、细砂为主,指示着弱水动力的沉积环境;2个钻孔沉积物地球化学特征相似,w(As)=2.0~22.6mg/kg(平均9.0mg/kg),w(Fe)=11.8~55.0mg/g(平均37.8mg/g),w(S)=0.1~2.1mg/g(平均0.4mg/g)。中、下更新统沉积物岩相变化较大,以砂和砾石居多,局部含有黏土夹层,指示着沉积时较强的水动力沉积环境;其中JH002孔沉积物w(As)=2.7~160.5mg/kg(平均40.9mg/kg),w(Fe)=20.1~179.5mg/g(平均50.5mg/g),w(S)=0.1~17.7mg/g(平均4.9mg/g);YLW01孔沉积物砷、铁、硫质量分数均低于JH002孔,w(As)=5.2~56.1mg/kg(平均16.2mg/kg),w(Fe)=10.9~117.5 mg/g(平均36.4 mg/g),w(S)=0.3~7.8mg/g(平均1.8mg/g)。YLW01孔中、下更新统沉积物颗粒较JH002孔更细,所处的水动力条件更弱,砷、铁、硫质量分数均低于JH002孔,说明沉积历史环境影响着砷、铁、硫等元素的分布。沉积物地球化学数据聚类分析结果表明全新统和上更新统砷与铁具有显著的相关性,而中、下更新统沉积物砷与硫化物矿物紧密相关。结合不同深度含水层水化学特征差异指示上更新统含水层中含砷铁氧化物的还原性溶解导致浅层地下水中砷的富集,富硫的中、下更新统深层含水层中强还原环境下砷受到硫化物矿物的固定作用难以释放进入地下水中。     

某油田地下水污染特征及其机理分析

在对某油田石油类污染物分布特征研究的基础上,对其进入地下水的途径进行分析。研究表明,除石油类外,CODMn、Cl-、NO3-N和TDS具异常变化,这些异常变化已成为石油类污染的参考指标。含水层污染程度主要以严重污染和中度污染为主,下段含水层中的石油类污染物的浓度明显高于上段含水层。地下水遭受污染的途径类型分为地表渗透型和优势通道渗漏型,但地表渗透型污染对研究区地下水的威胁性相对来说较小。由构造活动、地下水开采引发的地裂缝形成的优势通道渗漏型污染是地下水污染的主要途径。