内蒙古苏尼特右旗地下水砷和氟污染形成机理研究

摘要

高氟、高砷问题造成的饮水型污染是内蒙古地区典型的环境问题之一。苏尼特右旗位于内蒙古地区中部，是内蒙古地区砷和氟污染最严重的地区之一。在2006年9月对该地区进行地下水调查研究，结果显示其地下水中均存在高浓度的砷和氟污染，最高砷浓度达到3．7mg/L，最高氟浓度也达到14．78 mg/L。高氟和高砷地下水的存在给当地人民的健康带来了极大的危害，目前尚未有研究者对该地区进行研究，本研究的开展对地下水中砷和氟污染的有效防治具有重要意义。
　　 在资料收集、野外现场调查、样品采集、水质分析和矿物分析的基础上，应用水文地质学、水文地球化学的基本理论和方法，对地下水中砷和氟的赋存条件及富集规律进行研究，并根据放射能探测结果和地球卫星照片证实了研究地区断层的存在。
　　 本文运用水质地球化学分类方法，从水文地质、水化学特征两方面研究地下水的水质特征，氟污染的起源和分布规律。经研究发现：高氟地下水的主要水质类型是HCO3-Na型；氟浓度与采样井深度反相关；从5月至9月地下水中氟浓度变化率在7．8-23．1％之间；远离断层处地下水中F-浓度与Li+、Br-相关系数达0．89和0．82，断层附近的地下水中F-浓度几乎与Li+、Br-没有相关关系，这暗示着氟来源于浅部，强烈的蒸发作用影响使氟浓度升高；显微镜分析结果证实萤石普遍存在与表层土壤中，含氟矿物是地下水中氟的主要来源；从断层涌出的水对潜水层地下水有稀释作用。
　　 为了进一步验证高氟地下水形成的影响因素，本研究在不同盐溶液中进行了萤石的溶出实验。研究结果证实：萤石矿物中氟化钙含量高达87．13％，是研究地区高氟地下水形成的主要原因，同时还与强烈的蒸发浓缩作用地下水中溶存的可溶性盐类的浓度有关；高浓度Na+可促进氟离子的溶出，随着水中Ca2+、Mg2+浓度的增加，水中氟离子浓度呈降低趋势；氟离子浓度的大小与矿物中氟化物的含量、形成机理及物理化学性质有关；氟化钙的溶度积随溶液中溶解盐分的浓度增大而增大。
　　 通过对地下水中砷污染的形成机理进行研究，结果发现：高砷地下水的主要水质类型是HCO3-Na型，砷含量最高值达3．7mg/L；远离断层处与断层附近的地下水中砷浓度平均值分别为0．0377 mg/L、1．185mg/L，地下水中砷污染与断层的存在有关；高砷地下水不是由于受到强烈的蒸发作用影响而形成的，地下水中的砷来源于地下深部。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 地下水氟污染

1.1.1 地下水氟污染现状

1.1.2 高氟地下水成因

1.1.3 高氟地下水危害

1.1.4 国内外研究现状

1.2 地下水砷污染

1.2.1 地下水砷污染状况

1.2.2 高砷地下水成因

1.2.3 高砷地下水危害

1.2.4 国内外研究现状

1.3 本论文研究目的及意义

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究意义

1.4 主要内容及技术路线

1.4.1 主要内容

1.4.2 技术路线

1.4.3 本文研究进展

1.5 研究方法

1.5.1 现场监测

1.5.2 实验分析方法

1.5.3 水质地球化学分类方法

1.5.4 放射能探测地质断层

1.5.5 相关分析方法

第二章 氟和砷的环境地球化学特征

2.1 氟的环境地球化学性质

2.1.1 一些氟化物具有挥发性

2.1.2 氟化物的水溶性

2.1.3 氟在环境中的形态

2.2 环境中氟的来源及分布

2.2.1 岩石及矿石中的氟

2.2.2 空气中的氟

2.2.3 土壤中的氟

2.2.4 水中的氟

2.2.5 植物中的氟

2.2.6 动物体内的氟

2.2.7 人体内的氟

2.3 氟污染类型

2.3.1 饮水型污染

2.3.2 燃煤型污染

2.3.3 饮茶型污染

2.3.4 混合污染

2.4 高氟地下水的形成

2.4.1 地下水中氟的矿物来源

2.4.2 形成高氟地下水的化学作用

2.4.3 土水系统中的化学平衡

2.5 砷的环境地球化学性质

2.6 地下水中砷的来源及赋存状态

2.6.1 砷在自然环境中的分布

2.6.2 地下水中砷的富集条件

2.6.3 地下水中砷的赋存状态

2.7 地下水中砷的迁移转化机理

2.7.1 水动力弥散

2.7.2 Eh和pH

2.7.3 生物化学作用

2.7.4 不同元素行为

第三章 研究地区高氟地下水形成机理研究

3.1 研究地区自然地理及地质概况

3.2 地下水样品采集

3.2.1 地下水样品采集位置

3.2.2 样品处理

3.3 高氟地下水的形成机理

3.3.1 地下水氟污染的起源物质

3.3.2 pH值

3.3.3 气候影响因素

3.3.4 氟浓度与地下水水质类型的关系

3.3.5 氟浓度与井深的关系

3.3.6 氟浓度与季节变化的关系

3.3.7 断层对地下水中氟浓度的影响

3.4 本章小结

第四章 氟化钙溶出实验

4.1 萤石的性质及用途

4.2 实验目的

4.3 实验方法

4.4 实验仪器及药品

4.4.1 实验仪器

4.4.2 实验试剂

4.5 萤石中氟化钙含量测定

4.5.1 实验原理

4.5.2 实验试剂的配置

4.5.3 分析步骤

4.5.4 注意事项

4.5.5 实验结果

4.6 氟化钙溶出实验

4.6.1 实验溶液配制

4.6.2 实验方法

4.7 实验结果与讨论

4.7.1 氟离子浓度随时间变化规律

4.7.2 Na-Cl实验溶液中CaF2的溶出规律

4.7.3 Na-Ca-Cl实验溶液中CaF2的溶出规律

4.7.4 Na-Ca-Mg-Cl实验溶液中CaF2的溶出规律

4.7.5 氟化钙离子浓度积

4.7.6 溶出率对比研究

4.7 实验小结

第五章 砷污染形成机理研究

5.1 研究背景

5.2 地下水样品采集

5.3 高砷地下水形成影响因素

5.3.1 地下水水质类型

5.3.2 断层影响分析

5.3.3 邻近地区地下水砷污染对比分析

5.4 本章小结

第六章 结论

6.1 结论

6.1.1 高氟地下水形成机理研究成果

6.1.2 地下水砷污染形成机理研究成果

6.2 建议

参考文献

附录

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢