地下水污染机理

地下水污染物的迁移转化及污染机理地下水污染物的迁移及污染机理1污染物在地质环境中的水文地球化学效应2主要污染物的相对迁移能力及其主要衰减机理3地下水系统的污染及污染机理1、污染物在地质环境中的水文地球化学效应污染物在通过包气带向下运移时，会产生一系列复杂的物理、化学及生物作用。其中，对污染物的迁移存在两种水文地球化学效应：阻止迁移效应（或称净化效应）和增强迁移效应。一、影响污染物迁移的水文地球化学效应一、物理作用效应物理作用效应主要包括机械过滤及稀释作用，他们主要产生净化效应。1.机械过滤。机械过滤作用取决于介质的性质及污染物颗粒的大小。过滤效果主要是去除悬浮物，其次是细菌。2.稀释作用。当污水与地下水混合时，便会产生稀释作用。稀释作用主要是使污染物浓度变低。二、化学作用效应化学作用效应主要包吸附、溶解、沉淀、氧化还原、PH值影响，化学降解、光分解及挥发作用等。（一）吸附作用效应由于胶体颗粒表面的电荷不均衡性而带负电荷或正电荷，从而具有吸附溶液中阳离子或阴离子的能力。吸附作用可能是阻止迁移效应，也可能是增加迁移效应。物理吸附：靠静电引力将离子吸附在固体表面。主要对Ca2+、Mg2+、Na+、K+、NH4+及一些微量金属阳离子起作用。是可逆的。化学吸附：靠化学键结合，被吸附离子进入胶体的结晶骨架。主要对Al、K、Mn、Zn、Cr、Ni等金属离子起作用，对有机化合物，如对硫磷、毒莠定，西维因、百草枯、多氯联苯等也能吸附。是不可逆的。•影响固相介质对污染物的平衡吸附及吸附解吸过程主要的因素有：影响因素固相介质污染物环境条件组成微观结构有机碳含量（foc）含水量极性指数（新）理化性质浓度共存污染物温度pH离子强度马来酸二辛酯（二）溶解和沉淀效应溶解溶解和淋滤往往可使某些污染物从固相转为液相而使地下水遭受污染。沉淀沉淀作用是去除污染物的主要净化效应。（三）氧化-还原反应效应2主要污染物的相对迁移能力及其主要衰减机理•污染物的迁移受各种因素的影响。不同污染物其影响程度不同。•朗迈尔通过试验研究了各种污染物的相对迁移能力和主要衰减机理。邻苯基苯酚多氯联苯高危化学品3地下水系统的污染及污染机理第一节地下水系统的氮污染及污染机理一、地下水中氮的存在形式及来源•地下水中的溶解氮的主要存在形式是NO3-，还有NH4+、NO2-、NH3、N2、N2O和有机氮。NO3-为常量组分，其余多为微量组分。•以硝酸盐形式存在的溶解氮是地下水最常见最普遍的污染物，且其污染最广泛，污染面积大。另外，NO3-还具有稳定性和不易被土壤吸附等性质，所以地下水系统的氮污染问题，实际上主要是NO3-的污染。在未受污染的天然水中，NO3-大多小于20mg/L，在受污染的地下水中，其含量在几十到几千mg/L。地下水系统中存在的各种形态的氮，在一定条件下可相互转化。地下水污染状况取决于氮的输入及转化过程。地下水系统氮污染主要是NO3-污染。地下水中的NO3-可直接来自肥料、污水，也可间接来源于有机氮和NH4+的转变。而有机氮和NH4+可来源于肥料、污水或天然产生。主要以间接来源为主。ClickToEditTitleStyle二、地下水系统中的氮污染（循环）机理硝化作用反硝化作铵的吸附作用（一）有机氮的矿化过程第一阶段：氨基化阶段，复杂的含氮有机质通过微生物酶的一系列作用逐步形成含氨基的简单有机化合物。第二阶段：铵化阶段，各种简单的氨基化合物分解成氨，同时还可能产生有机酸、醇、醛等较简单的中间产物。（二）硝化作用（三）反硝化作用铬汞铁镉铅六价铬的迁移机理：吸附和氧化还原。第三节微量非金属污染及其污染机理•地下水微量非金属污染主要是As、F、Se、P、B、S等元素及氰的污染，其中较常见、危害较大的是As、F、氰的污染。一、砷（As）砷在地壳中常与硫结合成硫化（矿）物。地下水中砷的天然来源为地壳岩石矿物中的砷的氧化；人为来源为合金冶炼、玻璃、化工、医药等工业和农药等。二、氟（F）地下水中氟的人为来源主要为矿山、冶金、钢铁、玻璃等工业的废水、废渣和废气以及高氟煤燃烧废气等。三、氰化物（CN-）地下水中的氰化物主要是人为污染造成的，其人为来源主要是电镀、焦化、煤气、冶金、化工等工业废水和某些农药等。氰化物一般都有很大毒性。水体中氰化物存在形式：1、简单氰化物盐类，如NaCN、KCN、NH4CN等。溶解性大，在水中主要以游离CN-存在，毒性大；2、与Cu、Fe等金属离子形成的络合物。比较稳定，毒性相对较小。天然水中的氰化物有较强的自净能力。其净化机制主要是挥发和分解两个途径：一、影响有机化合物迁移的主要机理在地下水系统中，控制有机化合物迁移的主要机理是吸附、化学反应及生物反应。1、吸附2、生物降解一般来说，可生物降解的有机污染物有：卤代烃类、芳烃类等，而氯化烃类多难生物降解。3、化学反应在水溶液系统中，影响有机化合物迁移的主要化学机理是氧化作用、水解及还原作用。第四节有机化合物的污染及其污染机理二、有机污染物的理化性质•有机化合物自身的结构、疏水性、挥发性和稳定性等都是影响其在土壤中迁移转化的内在因素。有机污染物的浓度也是一个重要因素。浓度顺式二氯乙烯三、土壤特性•土壤的很多性质，如有机质含量、矿物组成、离子交换容量、比表面积、粒径分布、极性指数、固体效应等，对有机污染物吸附产生影响。Chung和Alexander用16种性质迥异的土壤进行污染物吸附实验，发现菲或阿特拉津在各种土壤中吸附的速率和程度明显不同，有机碳含量、阳离子交换容量和土壤的其他性质可能有助于预测一些化合物的吸附。四、共存污染物的影响•有机污染环境往往是多种有机污染物的共存体系，一种有机污染物的环境化学吸附行为不仅受制于有机污染物自身的物理化学性质，土壤/沉积物的化学组成、结构，以及有机污染物和土壤/沉积物之间的相互作用，而且常常受到复合污染（共存污染物）的影响，从而使污染物的迁移转化途径及生态效应发生改变。如果共存有机污染物使某个化合物的吸附减弱，则这种现象称为竞争效应。研究表明，竞争效应是广泛存在的，不仅存在于有机化合物之间，也存在于无机和有机化合物之间。简述如下：五、生物化学转化过程•2,4二硝基甲苯•多环芳烃的降解•四氯乙烯2,4二硝基甲苯的降解•已有研究表明，DNT的降解途径有两种机理：1，DNT通过最初的加双氧酶的攻击后，开环并矿化；2，DNT分子上的两个硝基在适当条件下可被依次除去或被还原成胺基，最终将DNT转化为胺基的碳氢化合物，这一反应途径可用右图示意。多环芳烃的降解COOHOHOHOHOHCOOHOHCOOHOHOHCOOHCOOHCOOHOCOCOOHOCOCOOHOCOOHCH3COSCoA+HOOC(CH2)2COOH（萘）（菲）（蒽）（水杨酸）（儿茶酚）（顺-顺黏康酸）O2（黏康酸内酯）（β-酮已二酸烯醇内酯）（β-酮已二酸）β-氧化（已酰辅酶A）（琥珀酸）CO2+H2OCoASHTCA循环水已有研究表明，萘、蒽、菲等二环和三环芳香化合物，其微生物降解是先经过包括单加氧酶作用在内的若干步骤生成双酚化合物，再在双加氧酶作用下逐一开环形成侧链，而后按直链化合物方式转化，最终分解为CO2和水，见左图。四氯乙烯的降解•PCE分子上的四个氯原子在适当条件下可被依次除去，最终将PCE转化为无氯的碳氢化合物，这一链式反应见右图：第五节微生物污染及其污染机理一、地下水微生物污染污染地下水的病原微生物可分为细菌、病毒及寄生虫，污染主要以前两种为主。这些病原微生物来自于生活污水、医疗污水、人畜粪便、某些工业污水（如制革、屠宰、生物制品等工业污水）。二、影响细菌和病毒在土壤中存活的因素1、温度：低温的冬天存活时间长，高温的夏天存活时间短。2、土壤含水量：含水量大存活时间长。3、土壤PH值：PH值高利于细菌存活，PH值对病毒存活影响不明显。4、其它微生物：其它微生物的大量存在，可能促使细菌和病毒加速死亡。三、细菌和病毒在地下水系统中的迁移细菌和病毒的迁移能力主要取决于它们的存活期及通过土壤的截留（过滤和吸附）。而这些病原微生物的截留及存活期很大程度上取决于气候、病原微生物种类、土壤性质等。