地下水污染機(jī)理

1、地下水污染物的遷移轉(zhuǎn)化地下水污染物的遷移轉(zhuǎn)化及污染機(jī)理及污染機(jī)理地下水污染物的遷移及污染機(jī)理地下水污染物的遷移及污染機(jī)理1 污染物在地質(zhì)環(huán)境中的水文地球化學(xué)效應(yīng)污染物在地質(zhì)環(huán)境中的水文地球化學(xué)效應(yīng)2 主要污染物的相對(duì)遷移能力及其主要衰減機(jī)理主要污染物的相對(duì)遷移能力及其主要衰減機(jī)理3 地下水系統(tǒng)的污染及污染機(jī)理地下水系統(tǒng)的污染及污染機(jī)理1、污染物在地質(zhì)環(huán)境中的水文地球化學(xué)效應(yīng)、污染物在地質(zhì)環(huán)境中的水文地球化學(xué)效應(yīng)污染物在通過(guò)包氣帶向下運(yùn)移時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)及生物作用。其中，對(duì)污染物的遷移存在兩種水文地球化學(xué)效應(yīng)：阻止遷移效應(yīng)（或稱凈化效應(yīng)）和增強(qiáng)遷移效應(yīng)。一、影響污染物遷移的水文地

2、球化學(xué)效應(yīng)一、影響污染物遷移的水文地球化學(xué)效應(yīng)一、物理作用效應(yīng)一、物理作用效應(yīng)物理作用效應(yīng)主要包括機(jī)械過(guò)濾及稀釋作用，他們主要產(chǎn)生凈化效應(yīng)。物理作用效應(yīng)主要包括機(jī)械過(guò)濾及稀釋作用，他們主要產(chǎn)生凈化效應(yīng)。1.1.機(jī)械過(guò)濾。機(jī)械過(guò)濾。機(jī)械過(guò)濾作用取決于介質(zhì)的性質(zhì)及污染物顆粒的大小。過(guò)濾效果主要是去除懸浮物，其次是細(xì)菌。2.2.稀釋作用。稀釋作用。當(dāng)污水與地下水混合時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生稀釋作用。稀釋作用主要是使污染物濃度變低。二、化學(xué)作用效應(yīng)二、化學(xué)作用效應(yīng)化學(xué)作用效應(yīng)主要包吸附、溶解、沉淀、氧化還原、化學(xué)作用效應(yīng)主要包吸附、溶解、沉淀、氧化還原、PHPH值影響，化學(xué)降解、光分解及揮發(fā)作用等。值影響，化學(xué)降

3、解、光分解及揮發(fā)作用等。（一）吸附作用效應(yīng)由于膠體顆粒表面的電荷不均衡性而帶負(fù)電荷或正電荷，從而具有吸附溶液中陽(yáng)離子或陰離子的能力。吸附作用可能是阻止遷移效應(yīng)，也可能是增加遷移效應(yīng)。物理吸附：靠靜電引力將離子吸附在固體表面。主要對(duì)Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+及一些微量金屬陽(yáng)離子起作用。是可逆的?；瘜W(xué)吸附：靠化學(xué)鍵結(jié)合，被吸附離子進(jìn)入膠體的結(jié)晶骨架。主要對(duì)Al、K、Mn、Zn、Cr、Ni等金屬離子起作用，對(duì)有機(jī)化合物，如對(duì)硫磷、毒莠定，西維因、百草枯、多氯聯(lián)苯等也能吸附。是不可逆的。影響固相介質(zhì)對(duì)污染物的平衡吸附及吸附解吸過(guò)程主要的因素有：影響固相介質(zhì)對(duì)污染物的平衡吸附及吸附解吸過(guò)

4、程主要的因素有：影影響響因因素素固相介質(zhì)固相介質(zhì)污染物污染物環(huán)境條件環(huán)境條件組成組成微觀結(jié)構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)有機(jī)碳含量（有機(jī)碳含量（foc）含水量含水量極性指數(shù)（新）極性指數(shù)（新）理化性質(zhì)理化性質(zhì)濃度濃度共存污染物共存污染物溫度溫度pH離子強(qiáng)度離子強(qiáng)度馬來(lái)酸二辛酯馬來(lái)酸二辛酯（二）溶解和沉淀效應(yīng)（二）溶解和沉淀效應(yīng)溶解溶解溶解和淋濾往往可使某些污染物從固相轉(zhuǎn)為液相而使地下水遭受污染。溶解和淋濾往往可使某些污染物從固相轉(zhuǎn)為液相而使地下水遭受污染。沉淀沉淀沉淀作用是去除污染物的主要凈化效應(yīng)。沉淀作用是去除污染物的主要凈化效應(yīng)。（三）（三） 氧化氧化- -還原反應(yīng)效應(yīng)還原反應(yīng)效應(yīng)2 主要污染物的相對(duì)遷移能力

5、及其主要衰減主要污染物的相對(duì)遷移能力及其主要衰減機(jī)理機(jī)理 污染物的遷移受各種因素的影響。不同污染物其影響程度污染物的遷移受各種因素的影響。不同污染物其影響程度不同。不同。 朗邁爾朗邁爾通過(guò)試驗(yàn)研究了各種污染物的相對(duì)遷移能力和主通過(guò)試驗(yàn)研究了各種污染物的相對(duì)遷移能力和主要衰減機(jī)理。要衰減機(jī)理。鄰苯基苯酚鄰苯基苯酚多氯聯(lián)苯多氯聯(lián)苯高危化學(xué)品高?；瘜W(xué)品3 地下水系統(tǒng)的污染及污染機(jī)理地下水系統(tǒng)的污染及污染機(jī)理第一節(jié)第一節(jié) 地下水系統(tǒng)的氮污染及污染機(jī)理地下水系統(tǒng)的氮污染及污染機(jī)理一、地下水中氮的存在形式及來(lái)源一、地下水中氮的存在形式及來(lái)源地下水中的溶解氮的主要存在形式是地下水中的溶解氮的主要存在形式是N

6、ONO3 3- -，還有，還有NHNH4 4+ +、NONO2 2- -、NHNH3 3、N N2 2、N N2 2O O和有機(jī)氮。和有機(jī)氮。NO3-NO3-為常量組分，其余多為微量組分。為常量組分，其余多為微量組分。以以硝酸鹽形式硝酸鹽形式存在的溶解氮是地下水最常見(jiàn)最普遍的污染物，且其污染存在的溶解氮是地下水最常見(jiàn)最普遍的污染物，且其污染最廣泛，污染面積大。另外，最廣泛，污染面積大。另外， NONO3 3- -還具有穩(wěn)定性和不易被土壤吸附等性還具有穩(wěn)定性和不易被土壤吸附等性質(zhì)，所以地下水系統(tǒng)的氮污染問(wèn)題，實(shí)際上主要是質(zhì)，所以地下水系統(tǒng)的氮污染問(wèn)題，實(shí)際上主要是NONO3 3- -的污染。的污

7、染。在未受在未受污染的天然水中，污染的天然水中， NO NO3 3- -大多小于大多小于20mg/L20mg/L，在受污染的地下水中，其含量，在受污染的地下水中，其含量在幾十到幾千在幾十到幾千mg/Lmg/L。地下水系統(tǒng)中存在的各種形態(tài)的氮，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。地下水污染狀況取決地下水系統(tǒng)中存在的各種形態(tài)的氮，在一定條件下可相互轉(zhuǎn)化。地下水污染狀況取決于氮的輸入及轉(zhuǎn)化過(guò)程。地下水系統(tǒng)氮污染主要是于氮的輸入及轉(zhuǎn)化過(guò)程。地下水系統(tǒng)氮污染主要是NONO3 3- -污染。地下水中的污染。地下水中的NONO3 3- -可直接來(lái)可直接來(lái)自肥料、污水，也可間接來(lái)源于有機(jī)氮和自肥料、污水，也可間接來(lái)源于有

8、機(jī)氮和NHNH4 4+ +的轉(zhuǎn)變。而有機(jī)氮和的轉(zhuǎn)變。而有機(jī)氮和NHNH4 4+ +可來(lái)源于肥料、可來(lái)源于肥料、污水或天然產(chǎn)生。主要以間接來(lái)源為主。污水或天然產(chǎn)生。主要以間接來(lái)源為主。Click To Edit Title Style二、地下水系統(tǒng)中的氮污染（循環(huán)）機(jī)理二、地下水系統(tǒng)中的氮污染（循環(huán)）機(jī)理硝化作用硝化作用反硝化作反硝化作銨的吸附作用銨的吸附作用（一）有機(jī)氮的礦化過(guò)程（一）有機(jī)氮的礦化過(guò)程第一階段：第一階段：氨基化階段氨基化階段，復(fù)雜的含氮有機(jī)質(zhì)通過(guò)微生物酶的一系列作用逐步形成含，復(fù)雜的含氮有機(jī)質(zhì)通過(guò)微生物酶的一系列作用逐步形成含氨基的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物。氨基的簡(jiǎn)單有機(jī)化合物。第二階段

9、：第二階段：銨化階段銨化階段，各種簡(jiǎn)單的氨基化合物分解成氨，同時(shí)還可能產(chǎn)生有機(jī)酸、，各種簡(jiǎn)單的氨基化合物分解成氨，同時(shí)還可能產(chǎn)生有機(jī)酸、醇、醛等較簡(jiǎn)單的中間產(chǎn)物。醇、醛等較簡(jiǎn)單的中間產(chǎn)物。（二）硝化作用（二）硝化作用（三）反硝化作用（三）反硝化作用 鉻鉻 汞汞 鐵鐵 鎘鎘 鉛鉛六價(jià)鉻的遷移機(jī)理：六價(jià)鉻的遷移機(jī)理：吸附和氧化還原。吸附和氧化還原。第三節(jié)第三節(jié) 微量非金屬污染及其污染機(jī)理微量非金屬污染及其污染機(jī)理 地下水微量非金屬污染主要是地下水微量非金屬污染主要是AsAs、F F、SeSe、P P、B B、S S等元素等元素及氰的污染，其中較常見(jiàn)、危害較大的是及氰的污染，其中較常見(jiàn)、危害較大的是

10、AsAs、F F、氰的污染。、氰的污染。一、砷（一、砷（AsAs）砷在地殼中常與硫結(jié)合成硫化（礦）物。地下水中砷的天然來(lái)源為地殼巖石礦物中的砷的砷在地殼中常與硫結(jié)合成硫化（礦）物。地下水中砷的天然來(lái)源為地殼巖石礦物中的砷的氧化；人為來(lái)源為合金冶煉、玻璃、化工、醫(yī)藥等工業(yè)和農(nóng)藥等。氧化；人為來(lái)源為合金冶煉、玻璃、化工、醫(yī)藥等工業(yè)和農(nóng)藥等。二、氟（二、氟（F F） 地下水中氟的人為來(lái)源主要為礦山、冶金、鋼鐵、玻璃等工業(yè)的廢水、廢渣地下水中氟的人為來(lái)源主要為礦山、冶金、鋼鐵、玻璃等工業(yè)的廢水、廢渣和廢氣以及高氟煤燃燒廢氣等和廢氣以及高氟煤燃燒廢氣等。三、氰化物（三、氰化物（CNCN- -）地下水中的

11、氰化物主要是人為污染造成的，其人為來(lái)源主要是電鍍、焦化、地下水中的氰化物主要是人為污染造成的，其人為來(lái)源主要是電鍍、焦化、煤氣、冶金、化工等工業(yè)廢水和某些農(nóng)藥等。煤氣、冶金、化工等工業(yè)廢水和某些農(nóng)藥等。氰化物一般都有很大毒性。氰化物一般都有很大毒性。水體中氰化物存在形式：水體中氰化物存在形式：1 1、簡(jiǎn)單氰化物鹽類，如、簡(jiǎn)單氰化物鹽類，如NaCNNaCN、KCNKCN、NHNH4 4CNCN等。溶解性大，在水中主要以等。溶解性大，在水中主要以游離游離CNCN- -存在，毒性大；存在，毒性大；2 2、與與CuCu、FeFe等金屬離子形成的絡(luò)合物。等金屬離子形成的絡(luò)合物。比較穩(wěn)定，毒性相對(duì)較小。比

12、較穩(wěn)定，毒性相對(duì)較小。天然水中的氰化物有較強(qiáng)的自凈能力。其凈化機(jī)制主要是天然水中的氰化物有較強(qiáng)的自凈能力。其凈化機(jī)制主要是揮發(fā)揮發(fā)和和分分解解兩個(gè)途徑：兩個(gè)途徑：一、影響有機(jī)化合物遷移的主要機(jī)理一、影響有機(jī)化合物遷移的主要機(jī)理 在地下水系統(tǒng)中，控制有機(jī)化合物遷移的主要機(jī)理是吸附、在地下水系統(tǒng)中，控制有機(jī)化合物遷移的主要機(jī)理是吸附、化學(xué)反應(yīng)及生物反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)及生物反應(yīng)。1 1、吸附、吸附2 2、生物降解、生物降解一般來(lái)說(shuō)，可生物降解的有機(jī)污染物有：鹵代烴類、芳烴類等，一般來(lái)說(shuō)，可生物降解的有機(jī)污染物有：鹵代烴類、芳烴類等，而氯化烴類多難生物降解。而氯化烴類多難生物降解。3 3、化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反

13、應(yīng)在水溶液系統(tǒng)中，影響有機(jī)化合物遷移的主要化學(xué)機(jī)理是氧化作在水溶液系統(tǒng)中，影響有機(jī)化合物遷移的主要化學(xué)機(jī)理是氧化作用、水解及還原作用。用、水解及還原作用。第四節(jié)第四節(jié) 有機(jī)化合物的污染及其污染機(jī)理有機(jī)化合物的污染及其污染機(jī)理二、有機(jī)污染物的理化性質(zhì) 有機(jī)化合物自身的結(jié)構(gòu)、疏水性、揮發(fā)性和穩(wěn)定性等都是影響其在有機(jī)化合物自身的結(jié)構(gòu)、疏水性、揮發(fā)性和穩(wěn)定性等都是影響其在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的內(nèi)在因素。土壤中遷移轉(zhuǎn)化的內(nèi)在因素。 有機(jī)污染物的濃度也是一個(gè)重要因素有機(jī)污染物的濃度也是一個(gè)重要因素。濃度濃度順式二氯乙烯順式二氯乙烯三、土壤特性 土壤的很多性質(zhì)，如土壤的很多性質(zhì)，如有機(jī)質(zhì)含量、礦物組成、離子交換容

14、量、比表面積、粒有機(jī)質(zhì)含量、礦物組成、離子交換容量、比表面積、粒徑分布、極性指數(shù)、固體效應(yīng)徑分布、極性指數(shù)、固體效應(yīng)等，對(duì)有機(jī)污染物吸附產(chǎn)生影響。等，對(duì)有機(jī)污染物吸附產(chǎn)生影響。Chung和和Alexander用用16種性質(zhì)迥異的土壤進(jìn)行污染物吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)菲或阿特拉津種性質(zhì)迥異的土壤進(jìn)行污染物吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)菲或阿特拉津在各種土壤中吸附的速率和程度明顯不同，有機(jī)碳含量、陽(yáng)離子交換容量和在各種土壤中吸附的速率和程度明顯不同，有機(jī)碳含量、陽(yáng)離子交換容量和土壤的其他性質(zhì)可能有助于預(yù)測(cè)一些化合物的吸附。土壤的其他性質(zhì)可能有助于預(yù)測(cè)一些化合物的吸附。四、共存污染物的影響有機(jī)污染環(huán)境往往是多種有機(jī)污染物的共

15、存體系，一種有機(jī)污染物的有機(jī)污染環(huán)境往往是多種有機(jī)污染物的共存體系，一種有機(jī)污染物的環(huán)境化學(xué)吸附行為不僅受制于有機(jī)污染物自身的物理化學(xué)性質(zhì)，土壤環(huán)境化學(xué)吸附行為不僅受制于有機(jī)污染物自身的物理化學(xué)性質(zhì)，土壤/沉積物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)，以及有機(jī)污染物和土壤沉積物的化學(xué)組成、結(jié)構(gòu)，以及有機(jī)污染物和土壤/沉積物之間的相沉積物之間的相互作用，而且常常受到復(fù)合污染（共存污染物）的影響，從而使污染互作用，而且常常受到復(fù)合污染（共存污染物）的影響，從而使污染物的遷移轉(zhuǎn)化途徑及生態(tài)效應(yīng)發(fā)生改變。如果共存有機(jī)污染物使某個(gè)物的遷移轉(zhuǎn)化途徑及生態(tài)效應(yīng)發(fā)生改變。如果共存有機(jī)污染物使某個(gè)化合物的吸附減弱，則這種現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)

16、效應(yīng)。研究表明，化合物的吸附減弱，則這種現(xiàn)象稱為競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。研究表明，競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)是廣泛存在的，不僅存在于有機(jī)化合物之間，也存在于無(wú)機(jī)和有機(jī)化是廣泛存在的，不僅存在于有機(jī)化合物之間，也存在于無(wú)機(jī)和有機(jī)化合物之間。簡(jiǎn)述如下：合物之間。簡(jiǎn)述如下：五、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程 2,42,4二硝基甲苯二硝基甲苯多環(huán)芳烴的降解多環(huán)芳烴的降解四氯乙烯四氯乙烯2,4二硝基甲苯的降解已有研究表明，已有研究表明，DNT 的降解途徑有兩種機(jī)的降解途徑有兩種機(jī)理：理：1，DNT通過(guò)最初通過(guò)最初的加雙氧酶的攻擊后的加雙氧酶的攻擊后，開(kāi)環(huán)并礦化；，開(kāi)環(huán)并礦化；2，DNT 分子上的兩個(gè)硝分子上的兩個(gè)硝基在適當(dāng)條件下可被基在適當(dāng)

17、條件下可被依次除去或被還原成依次除去或被還原成胺基，最終將胺基，最終將 DNT 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為胺基的碳?xì)浠匣癁榘坊奶細(xì)浠衔?，這一反應(yīng)途徑可物，這一反應(yīng)途徑可用右圖示意。用右圖示意。多環(huán)芳烴的降解COOHOHOHOHOHCOOHOHCOOHOHOHCOOHCOOHCOOHO COCOOHOCOCOOHOCOOHCH3COSCoA+HOOC(CH2)2COOH（ 萘）（ 菲）（ 蒽 ）（ 水楊酸 ）（ 兒茶 酚）（ 順-順黏康酸）O2（ 黏康酸內(nèi)酯）（ -酮 已 二酸烯醇內(nèi)酯）（ -酮 已 二酸）-氧化（ 已 酰輔 酶A）（ 琥珀酸）CO2+H2OCoASHTCA循環(huán)水已有研究表明，萘、蒽已有研究

18、表明，萘、蒽、菲等二環(huán)和三環(huán)芳香、菲等二環(huán)和三環(huán)芳香化合物，其微生物降解化合物，其微生物降解是先經(jīng)過(guò)包括單加氧酶是先經(jīng)過(guò)包括單加氧酶作用在內(nèi)的若干步驟生作用在內(nèi)的若干步驟生成雙酚化合物，再在雙成雙酚化合物，再在雙加氧酶作用下逐一開(kāi)環(huán)加氧酶作用下逐一開(kāi)環(huán)形成側(cè)鏈，而后按直鏈形成側(cè)鏈，而后按直鏈化合物方式轉(zhuǎn)化，最終化合物方式轉(zhuǎn)化，最終分解為分解為 CO2 和水和水 ，見(jiàn)，見(jiàn)左圖。左圖。四氯乙烯的降解PCE 分子上的四個(gè)氯分子上的四個(gè)氯原子在適當(dāng)條件下可原子在適當(dāng)條件下可被依次除去，最終將被依次除去，最終將 PCE 轉(zhuǎn)化為無(wú)氯的碳轉(zhuǎn)化為無(wú)氯的碳?xì)浠衔铮@一鏈?zhǔn)綒浠衔?，這一鏈?zhǔn)椒磻?yīng)見(jiàn)右圖：反應(yīng)見(jiàn)右圖：第五節(jié) 微生物污染及其污染機(jī)理一、地下水微生物污染一、地下水微生物污染污染地下水的病原微生物可分為細(xì)菌、病毒及寄生蟲(chóng)，污染主要以前兩種污染地下水的病原微生物可分為細(xì)菌、病毒及寄生蟲(chóng)，污染主要以前兩種為主。這些病原微生物來(lái)自于生活污水、醫(yī)療污水、人畜糞便、某些工業(yè)為主。這些病原微生物來(lái)自于生活污水、醫(yī)療污水、人畜糞便、某些工業(yè)污水（如制革、屠宰、生物制品等工業(yè)污水）。污水（如制革、屠宰、生物制品等工業(yè)污水）。二、影響細(xì)菌和病毒在土壤中存活的因素二、影響細(xì)菌和病毒在土壤中存活的因素1 1、溫度：溫度：低溫的冬天存活時(shí)間