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。     

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.      

中国北方高砷地下水分布特征及成因分析

本文分析了银川平原北部饮水型砷中毒分布、水文地质条件和水化学特征,并探讨了地下水中砷离子分布规律和富集环境。研究表明:高砷地下水区呈两个条带状分布于冲湖积平原,主要为埋藏深度小于40m的潜水,水化学环境呈弱碱还原环境,水化学类型主要为HCO3-Na·Ca,Cl·HCO3-Na,Cl·HCO3-Na·Ca型;最后对比分析了中国北方内蒙古平原、山西大同盆地、新疆、吉林西部高砷地下水分布和环境地质特征。     

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。     

微生物对砷的地球化学行为的影响--暨地下水砷污染机制的最新研究进展

砷在自然界中广泛存在,近年来砷污染对人类健康造成的危害越来越引人关注。微生物在自然界中长期与砷共存,进化出不同的生物转化机制,在自然水体中微生物主要参与砷的不同氧化价态之间的转化过程,即As(V)和As(III)之间的氧化还原作用。砷酸盐异化还原菌（Dissimilatory Arsenate Respiring Prokaryote, DARP）可以将As(V)还原为As(III),化能自养亚砷酸盐氧化菌（Chemoautotrophic Arsenite Oxidizer, CAO）和异养亚砷酸盐氧化菌（Heterotrophic Arsenite Oxidizer, HAO）可以将As(III)氧化为As(V)。这些砷代谢微生物在分类和代谢能力上都具有很大的多样性,它们广泛参与了砷的生物地球化学循环的关键步骤,对特定环境条件下砷的地球化学行为产生重要影响,进而参与了砷的全球循环。在盐碱湖莫诺（Mono）湖中砷的不同价态分层存在,CAO与DARP的紧密偶联共同参与了莫诺湖中的砷的地球化学循环。在孟加拉三角洲的地下含水层中,微生物参与了将砷从固相迁移到水相的关键步骤,最终导致了地下水中的砷污染。     

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.     

阿根廷科尔多瓦Pampa平原黄土沉积物中地下水的砷和硒污染

在阿根廷科尔多瓦省Pampa平原进行了地下水和黄土沉积物的地球化学研究,该地区面积约30000km~2,位于西经61°45′～63°00′,南纬31°30′～33°55′。在选择的150个地下水水样中,确定其物理化学参数和矿化度(表)1。水样中96％以上为碱性,     

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。     

不同碳源对砷污染沉积物中砷的微生物降解的影响

在试验室通过使用多种碳源（包括醋酸盐、乳酸盐和葡萄糖），对采于朝鲜废弃金银矿地区的受砷污染的沉积物样品（339毫克／千克）中固有细菌生物激化后，就沉积物样品中固有细菌对砷物种形成和活动性的影响，进行了研究。通过连续提取分析来确定砷的形式，结果表明，沉积物中40％和47％的砷分别以铁伴生物和残留组分的形式存在。通过使用醋酸盐和乳酸盐对沉积物样品进行培育22天后，固有细菌增加了沉积物样品中铁伴生物和残留组分中溶解砷的总量。当与消过毒的沉积物样品（总溶解砷浓度低于50％）对比时发现，生物悬浮液中超过99％的溶解砷以砷（V）的形式存在，这表明，固有细菌将部分溶解的砷（III）转换成了砷（V）。在实际环境中，依据pH值的不同，微生物引起的水成砷（V）既可以通过吸附而固定不动，也可以在向地下缺氧区迁移后被还原成（III）。     

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。     

Microbial effects on geochemical behavior of arsenic in As-contaminated sediments

The purpose of this study is to investigate the contamination level and chemical speciation of As in sediments from the Hwachon Au mine area, and to study the effects of indigenous bacteria on geochemical behavior of As in As-contaminated sediments from the mine. Concentrations of heavy metal and metalloids in one composite sample of 9 Hwachon sediments were 24.9 As mg/kg, 16.6 Cd mg/kg, 230 Pb mg/kg and 1080 Zn mg/kg. This indicates that this area was seriously contaminated with As, Cd and Zn. From the result of sequential extraction analysis, most of As (87.9%) existed as a phase of As which coprecipitated with Fe oxyhydroxides. Under aerobic condition, As concentration leached from sediments were 4 times higher in non-sterile than in sterile condition. This enrichment of As leaching could be caused by increase of pH and exudation secreted during microbial metabolism. On the other hand, under anaerobic condition, As concentration has dramatically increased in non-sterile solution with time. This As leaching has begun on 4–5th days of incubation and the highest concentration of 511 As μg/l was recorded on about 11th day. Arsenic leaching under anaerobic condition was caused by microbial enhancement of Fe leaching. Total Fe concentration increased from the 4th day, and this Fe leaching might cause lixiviation of As which had been coprecipitated with Fe oxyhydroxide.     

Stratigraphic and geochemical controls on naturally occurring arsenic in groundwater,eastern Wisconsin,USA

High arsenic concentrations (up to 12,000 7g/L) have been measured in groundwater from a confined sandstone aquifer in eastern Wisconsin. The main arsenic source is a sulfide-bearing secondary cement horizon (SCH) that has variable thickness, morphology, and arsenic concentrations. Arsenic occurs in pyrite and marcasite as well as in iron oxyhydroxides but not as a separate arsenopyrite phase. Nearly identical sulfur isotopic signatures in pyrite and dissolved sulfate and the correlation between dissolved sulfate, iron, and arsenic concentrations suggest that sulfide oxidation is the dominant process controlling arsenic release to groundwater. However, arsenic-bearing oxyhydroxides can potentially provide another arsenic source if reducing conditions develop or if they are transported as colloids in the aquifer. Analysis of well data indicates that the intersection of the SCH with static water levels measured in residential wells is strongly correlated with high concentrations of arsenic in groundwater. Field and laboratory data suggest that the most severe arsenic contamination is caused by localized borehole interactions of air, water, and sulfides. Although arsenic contamination is caused by oxidation of naturally occurring sulfides, it is influenced by water-level fluctuations caused by municipal well pumping or climate changes, which can shift geographic areas in which contamination occurs. Résumé De fortes concentrations en arsenic, jusqu'à 12000 7g/L, ont été mesurées dans l'eau souterraine d'un aquifère gréseux captif, dans l'est du Wisconsin. La principale source d'arsenic est un horizon à cimentation secondaire (SCH) comportant des sulfures, dont l'épaisseur, la morphologie et les concentrations en arsenic sont variables. L'arsenic est présent dans la pyrite et dans la marcassite, de même que dans des oxy-hydroxydes de fer, mais non pas dans une phase séparée d'arsénopyrite. Les signatures isotopiques du soufre presque identiques dans la pyrite et dans les sulfates dissous et la corrélation entre les concentrations en sulfates, en fer et en arsenic dissous laissent penser que l'oxydation des sulfures est le processus dominant contrôlant la libération de l'arsenic dans les eaux souterraines. Cependant, les oxy-hydroxydes contenant de l'arsenic sont susceptibles d'être une autre source d'arsenic si des conditions réductrices apparaissent ou s'ils sont transportés dans l'aquifère sous forme de colloïdes. L'analyse des données provenant de puits montre que l'intersection entre le SCH et les niveaux statiques des puits domestiques est fortement corrélée à de fortes concentrations en arsenic dans les eaux souterraines. Des données de terrain et de laboratoire conduisent à penser que la contamination en arsenic la plus forte est causée par l'interaction localisée aux forages entre l'air, l'eau et les sulfures. Bien que la contamination en arsenic soit causée par l'oxydation de sulfures présents naturellement, elle est influencée par les fluctuations du niveau piézométrique causées par les pompages du captage municipal ou par les variations climatiques, ce qui peut conduire au déplacement des zones géographiques où se produisent les contaminations. Resumen Se han medido concentraciones de arsénico muy altas (de hasta 12000 7g/L) en las aguas subterráneas de un acuífero confinado, en areniscas, localizado en la parte oriental de Wisconsin (EEUU). La fuente principal de arsénico es un horizonte de cementación secundaria (SCH) con un alto contenido en sulfuros, y con una gran variabilidad en espesor, morfología y concentraciones de As. El arsénico aparece en piritas y marcasitas, además de en oxihidróxidos de hierro, pero no como una fase independiente de arsenopiritas. El hecho que la marca isotópica de piritas y sulfatos disueltos sea muy similar, y que exista una gran correlación entre las concentraciones de sulfato disuelto, hierro y arsénico sugiere que la oxidación de sulfuros es el proceso que controla la aportación de arsénico al agua subterránea. Sin embargo, los oxihidróxidos con alto contenido en arsénico podrían suponer otra fuente de arsénico si se llegaran a desarrollar condiciones reductoras o si se transportaran como coloides por el acuífero. De los datos procedentes de pozos, se ve una fuerte correlación entre la presencia de altas concentraciones de As en el agua y que el nivel freático intersecte el SCH. Los datos de campo y de laboratorio indican que los puntos con mayor contaminación de arsénico son debidos a interacciones de carácter local y en los propios pozos entre aire, agua y sulfuros. Aunque la contaminación por As está causada por la oxidación de sulfuros presentes de manera natural, también está muy influenciada por las fluctuaciones en los niveles freáticos causadas por bombeos o cambios climáticos.     

雅鲁藏布江表层沉积物地球化学元素研究

雅鲁藏布江流域还没有大的工业污染源,仍然属于自然河流.对雅鲁藏布江16个表层沉积样品的全样、小于20μm 和小于63μm 粒级的32种元素含量进行了测定,并分析了与人类活动密切相关的元素 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd 和 Pb 的含量分布特征,以及这些元素含量与粒径之间的关系.结果表明,多数元素(Cs 除外)与西藏土壤元素背景值相差不大, B、Cr、Ni、As 和 Cs 含量高于中国陆壳元素丰度值,但这些元素主要来源于该流域富含这些元素的页岩、片岩和千枚岩等母岩.由于相似的地球化学行为,沉积物中 Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn 之间显著正相关;除 Pb、As 外,一些元素(如 Zn、Ni)与沉积物的粒径显著负相关     

滇池湖泊沉积物中游离类脂物的有机地球化学特征

在对滇池湖泊沉积物有机质总体特征分析的基础上,对沉积物中可溶性有机质的组成进行了定量测定,并揭示了其剖面变化特征.研究结果表明:(1)正构烷烃组分具有较强的稳定性,反映出滇池沉积有机质以菌藻类来源为主,沉积柱上、下两段存在陆源高等植物输入相对增加的特征,且从下往上存在草本植物相对贡献增加的特征;(2)脂肪醇组分,以具有强烈偶碳优势的高碳数脂肪醇为主,反映了沉积有机质中陆源输入的部分;(3)脂肪酸组分揭示出可溶有机质中以浮游植物贡献为主,局部层段存在相对较强的细菌改造作用.因此,湖泊沉积物记录了滇池从一个贫营养的湖泊演变成富营养化湖泊的过程,特别是最近几十年,滇池内源有机物和陆源有机物的输入都呈现快速增长的趋势,结合同位素组成特征表明滇池进入了重富营养化阶段.     

高砷地下水的反向地球化学模拟:以中国吉林砷中毒病区为例

饮水型砷中毒分布在中国台湾、新疆、内蒙、山西、吉林等地。笔者采用GIS的空间数据叠加技术、化验测试与环境模拟技术,进行了地下水砷的反向地球化学模拟研究。研究表明,受构造运动控制,低洼地带堆积了巨厚的粉砂淤泥质沉积物和富含有机质的湖积物,为砷的赋存提供了空间。地下水砷的富集受水中Fe、Mn、pH、Cl-、PO34-、HCO3-、SO24-、Se的影响,其中,重碳酸钙型水中砷含量最低,氯化物重碳酸钠型水砷含量最高。臭葱石(FeAsO4:2H2O)等含铁、含锰矿物在进入地下水的溶解过程中,形成铁(锰)氧化物和砷化合物(砷酸盐或亚砷酸盐)。随着Eh降低,氧化物被还原形成更为活泼的离子组分,吸附在氧化物表面的砷化合物随之解吸,还原环境有利于砷从沉积物中向水中溶解、迁移。研究结果为实施安全供水提供了重要依据。     

Geological and geochemical examination of arsenic contamination in groundwater in the Holocene Terai Basin, Nepal

Geological and geochemical study has been carried out to investigate arsenic contamination in groundwater in Nawalparasi, the western Terai district of Nepal. The work carried out includes analyses of core sediments, provenance study by rare earth elements analyses, ¹⁴C dating, and water analyses. Results showed that distribution of the major and trace elements are not homogeneous in different grain size sediments. Geochemical characteristics and sediment assemblages of the arsenic contaminated (Nawalparasi) and uncontaminated (Bhairahawa) area have been compared. Geochemical compositions of sediments from both the areas are similar; however, water chemistry and sedimentary facies vary significantly. Extraction test of sediment samples showed significant leaching of arsenic and iron. Chemical reduction and contribution from organic matter could be a plausible explanation for the arsenic release in groundwater from the Terai sediments.     

山西晋中地区地下水高碘的地球化学特征研究

研究区位于山西省太原盆地西南部的冲积平原内。通过对研究区内950个样品中碘含量的分析测定可知,浅层水(50m)、中层水(50～200m)和深层水(200m)碘含量超标率分别为76.8%、70.3%和85.2%,其中,浅层水碘含量最高可达4117μg/L,是国家饮用水标准值(GB/T19380-2003,150μg/L)的27倍。地下水无机碘主要以I-存在,IO3-含量极少;约60%的样品中存在有机碘。研究结果表明,特殊的地形地貌及地下含水层结构特点是造成该地区地下水高碘的主要原因。此外,当地普遍采用中层或深层地下水进行农业灌溉的耕作方式及低洼地区的地表盐化都大大加剧了浅层地下水碘的积蓄。地下水碘的来源与研究区的海相、湖相和河相沉积有着不可分割的联系。本研究将为中国高碘地区的改水工程提供科学依据。     

Mobility of arsenic in West Bengal aquifers conducting low and high groundwater arsenic. Part II: Comparative geochemical profile and leaching study

Aquifer sediments from areas of low- and high-As groundwater were characterized mineralogically and geochemically at a field site in the Nadia district of West Bengal, India. Leaching experiments and selective extraction of the sediments were also carried out to understand the release mechanism of As in the sub-surface. The correlation between measured elements (major, minor and trace) from low- and high-As groundwater areas are only significant for As, Fe and Mn. The borehole lithology and percentage of silt and clay fraction demonstrates the dominance of finer sediments in the high-As aquifer. Multivariate analysis of the geochemical parameters showed the presence of four different mineral phases (heavy-mineral fraction, phyllosilicates/biotite/Fe-oxyhydroxides, carbonates and sulphides) in the sediments. Selective extraction of sediment reveals that amorphous Fe-oxyhydroxide acts as a potential sink for As in the sub-surface. The result is consistent with microbially mediated redox reactions, which are controlled in part by the presence of natural organic matter within the aquifer sediments. The occurrences of As-bearing redox traps, primarily formed of Fe- and Mn-oxides/hydroxides, are also important factors that control the release of As into groundwater at the study site.