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第三章地下水的理化性质与水质污染济南大学王维平教授stu_wangwp@ujn.edu.cn13953162318内容概要地下水的物理、化学性质地下水污染的概念地下水污染源特征地下水中的重要污染物地下水污染的特点与途径污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用地下水的物理、化学性质地下水的物理性质地下水的物理性质包括颜色、透明度、气味、味道、温度、密度、导电性和放射性。颜色气味透明度味道温度地下水的物理性质颜色气味一般地下水是无味的，当其中含有某种气体成分和有机物质时，产生一定的气味。存在物质硬水低铁高铁硫化氢锰的化合物腐植酸盐颜色浅蓝淡灰锈色翠绿暗红暗黄或灰黑地下水的物理性质透明度常见的地下水多是透明的，但其中如含有一些固体和胶体悬浮物时，则地下水的透明度有所改变。分级野外鉴别特征透明的无悬浮物及交替，60cm水深可见3mm的粗线微浊的有少量悬浮物，30~60cm水深可见3mm的粗线浑浊的有较多的悬浮物，半透明状，小于30cm深可见3mm的粗线极浊的有大量悬浮物或胶体，似乳状，水深很浅也不能清楚看见3mm的粗线地下水的物理性质味道存在物质NaClNa2SO4MgCl2及MgSO4大量有机物铁盐腐殖质H2S与碳酸气同时存在CO2、Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2味道咸味涩味苦味甜味墨水味沼泽味酸味可口地下水的物理性质温度地下水的埋藏深度不同，温度变化规律也不同。常温层中，温度变化很小，一般不超过0.1℃；在常温层下，地下水温随深度的增加而逐渐升高。地热增温级一般为3℃/100m。类别非常冷的水极冷的水冷水温水热水极热水沸腾水温度00~44~2020~3737~4242~100100地下水的化学性质地下水中溶解的化学成分，常以离子、化合物、分子以及游离气体状态存在。离子成分中，以Cl-、SO42-、HCO3-、K+、Na+、Ca2+、Mg2+最常见、含量最多；以未离解的化合物分子状态存在的有Fe2O3、Al2O3、H2SiO3；溶解的气体有CO2、O2、N2、CH4、H2S、Rn地下水中可能出现各种微量元素。如Br、I、F、B、P、Pb、Zn、Li等。1氯离子（Cl-）主要来源有两大类：1)无机来源：岩盐矿床和其他氯化沉积物的溶解和海相沉积物中埋藏的海水2)有机来源：生活和工农业废水、动物及人类排泄物此外，含Cl-的大气降水也是重要来源2硫酸根离子(SO42-)地下水中的SO42-来自含石膏和含硫酸盐矿物的溶解硫化物和天然硫的氧化有机物的分解3重碳酸根离子(HCO3-)和碳酸根离子（CO32-）地下水中的重碳酸根离子有2个来源:1)来自含碳酸盐的沉积岩与变质岩(如大理岩)：CaCO3+H2O+C02—2HCO3-+Ca2+MgCO3+H2O+C02——2HCO3-+Mg2+2)岩浆岩与变质岩地区，HCO3-主要来自铝硅酸盐矿物的风化溶解4钠离子(Na+)Na+来自沉积岩中岩盐及其它钠盐的溶解来自海水岩浆岩和变质岩地区，来自含钠矿物的风化溶解5钾离子(K+)钾离子来自含钾盐类沉积岩的溶解岩浆岩、变质岩中含钾矿物的风化溶解钾离子在低矿化水中含量甚微，在高矿化水中较多6钙离子(Ca2+)钙是低矿化地下水中的主要阳离子，含量一般不超过数百mg/l来源于:1）碳酸盐类沉积物及含石膏沉积物的溶解2）岩浆岩、变质岩中含钙矿物的风化溶解3）阳离子交替和大气降水7镁离子(Mg2+)来源于含镁的碳酸盐类沉积岩(白云岩、泥灰岩)，此外，还来自岩浆岩、变质岩中含镁矿物的风化溶解Mg2+易被岩土吸附及被植物摄取32223HCO2MgCOOHMgCO8pH值pH值为水中氢离子浓度的负对数值。地下水按pH值可分为：水的分类pH值水的类别pH值水的类别pH值强酸性水5中性水7强碱性水9弱酸性5~7弱碱性水7~99矿化度是指地下水中所含盐分的总量。通常是指在105~110℃将水蒸干所得到的固体残余物的数量。地下水按矿化度分为：水的类别矿化度/（g/l）水的类别矿化度/（g/l）淡水1半咸水（中等矿化水）4~10微咸水（低矿化水）1~3咸水（高矿化水）1010硬度地下水的硬度可分为总硬度、暂时硬度和永久硬度。总硬度是指水中所含钙、镁盐类的总含量。11溶解氧12化学耗氧量水的化学耗氧量在一定程度上代表水中所含可被氧化物质的数量，是水被污染的标志之一。13含氮化合物水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的含量，是判断水体是否受到有机物污染的重要指标。14大肠菌群大肠菌群是大肠菌及其他与其相似的细菌的总称。若水体中发现了大肠菌群，说明水体已受到粪便污染。饮用水中大肠菌群小于3个/L。地下水污染的概念定义：凡在人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象，统称为地下水污染。判断地下水污染必须具备的两个条件：1）水质朝着恶化的方面发展2）这类变化是人类活动引起的地下水污染源特征引起地下水污染的各种物质的来源称为地下水污染源。其种类繁多，分类方法各异。按产生污染物的部门或活动，可将污染源分为工业污染源、农业污染源、生活污染源及区域性水体污染源。下面讨论按产生污染物的行业（部门）或活动划分的各种污染源特征。地下水污染源特征1工业污染源“三废”：种类繁多、排放量大、含污染物组成复杂、毒性大、不易净化。储存装置和输运管道的渗漏：连续性污染源事故类污染源：偶然性污染源，污染严重地下水污染源特征2农业污染源农药：毒性大，经土壤向地下水渗透化肥：氮肥是引起地下水污染的主要物质动物废物：含大量的细菌和病毒，含氮植物残余物：具有需氧特性污水灌溉：废水含多种有毒有害物质地下水污染源特征3生活污染源污染物来自人体排泄物和肥皂、洗涤剂、腐烂的食物等科研文教单位排出的废水成分复杂，含有多种有毒物质医疗卫生部门污水含大量细菌和病毒生活垃圾含大量各种有机物粪池泄漏生活垃圾地下水污染源特征4区域性水体污染源海水入侵或盐水入侵地下水开采滨海地区过多开采地下水地下水中的重要污染物定义：凡是人类活动导致进入地下水环境，会引起水质恶化的溶解物或悬浮物，无论其浓度是否达到使水质明显恶化的程度，均称为地下水污染物。按其性质分三类：化学污染物、生物污染物和放射性污染物地下水中的重要污染物1化学污染物（1）无机污染物地下水中最常见的无机污染物是NO3-、NO2-、NH3、Cl-、SO42-、F-、CN-，硬度、总溶解固体物及微量重金属汞、镉、铬、铅和类金属砷等。地下水中的重要污染物无直接毒害作用：总溶解固体物、Cl-、SO42-、NO3-、NH3等有直接毒害作用：亚硝酸盐、氟化物、氰化物、及重金属中的汞、镉、铬、铅和类金属砷地下水中的重要污染物（2）有机污染物生物易降解有机污染物—耗氧有机污染物多属于碳水化合物、蛋白质、脂肪和油类等自然生成的有机物。一般无直接毒害作用，其降解过程中会消耗溶解氧（DO），从而使水中DO值下降，水质变差。在地下水中此类污染物浓度一般都比较小，危害性不大。地下水中的重要污染物生物难降解有机污染物性质均比较稳定，不易为微生物所分解，能够在各种环境介质（大气、水、生物体、土壤和沉积物）中长期存在，又称之为持久性有机污染物（PermanentOrganicPollutantsPOPs）。POPs一般具有较强的毒性，严重危害生物体的健康和安全。地下水中的重要污染物2生物污染物地下水中生物污染物可分为三类：细菌、病毒和寄生虫。3放射性污染物核工业是放射污染物的主要来源，与放射性有关的健康问题包括白内障、肿瘤、白血病等，这些对人类健康的危害是很难评价的。地下水污染的特点与途径地下水污染的特点（1）隐蔽性（2）难以逆转性地下水污染的特点与途径地下水污染途径定义：污染物从污染源进入到地下水中所经过的路径。分类：间歇入渗型、连续入渗型、越流型和径流型。地下水污染的特点与途径地下水污染的特点与途径1间歇入渗型特点是污染物通过大气降水或灌溉水的淋滤，使固体废物、表层土壤或地层中的有毒或有害物质周期性从污染源通过包气带土层渗入含水层。此类污染，有明显的季节性变化，污染物是呈固体形式赋存于固体废物或土壤中，受污染的对象主要是潜水。地下水污染的特点与途径地下水污染的特点与途径2连续入渗型特点是污染物随各种液体废弃物不断地经包气带渗入含水层，这种情况下或者包气带完全饱水，呈连续入渗的形式，或者是包气带上部的表土层完全饱水呈连续渗流形式，而其下部（下包气带）呈非饱水的淋雨状的渗流形式渗入含水层。污染物一般是液态的，污染对象主要是潜水地下水污染的特点与途径地下水污染的特点与途径3越流型特点是污染物通过层间越流的形式转入其他含水层。污染来源可能是地下水环境本身的，也可能是外来的，它可能污染承压水或潜水。地下水污染的特点与途径地下水污染的特点与途径4径流型特点是污染物通过地下水径流的形式进入含水层，即或者通过废水处理井，或者通过岩溶发育的巨大岩溶通道，或者通过废水地下储存层的隔离层的破裂进入其他含水层。污染物可能是人为来源也可能是天然来源，可能污染潜水或承压水。地下水污染的特点与途径污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用主要物理、化学作用有：溶滤作用、浓缩作用、混合作用、阳离子交替吸附作用、脱硫酸作用、脱碳酸作用等。1溶滤作用在水的作用下，岩石中某些组分进入水中的作用称为溶滤作用，是形成地下水原始化学成分的主要作用。溶滤作用主要发生在侵蚀基准面以上地带。一般溶滤作用形成的地下水为低矿化度的重碳酸盐水。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用2浓缩作用当水分蒸发时，水中盐分含量不减，致使其浓度（即矿化度）相对增大，这种作用称为浓缩作用。浓缩作用主要发生在干旱、半干旱地区的潜水中，直接影响深度一般不超过常温带的深度。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用3混合作用当两种以上化学成分或矿化度不同的地下水相遇时，所形成的地下水在化学成分或矿化度上都与混合前有所不同，这种作用称混合作用。混合作用分为简单混合作用和反应混合作用两种。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用4阳离子交替吸附作用一定条件下，岩石颗粒将吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的阳离子转入水中成为地下水的化学成分，这种交换称为阳离子的交换吸附作用。阳离子交替吸附作用最易在细颗粒岩石，特别是在粘土、亚粘土中发生。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用5沉淀和溶解作用溶解在水中的某些离子，由于外界物理或化学条件的变化，浓度超过其饱和浓度时，则该离子将以某种盐的形式沉淀下来。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用6脱硫酸作用在还原环境中，水中的硫酸根离子在有机物存在时，因微生物的作用还原成硫化氢，使水中的硫酸根离子减少甚至消失，而硫化氢和重碳酸根离子的含量增大，这种作用称为脱硫酸作用。一般发生在封闭缺氧并有有机物存在的地质构造环境中。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用7脱碳酸作用当温度升高或压力减小时，水中CO2含量就会减少，这时水中的HCO3-便会与Ca2+、Mg2+结合产生沉淀，这种使水中HCO3-含量减少的作用称为脱碳酸作用。污染物在地下水系统运移过程中的物理、化学及其他作用8机械过滤作用由于土壤颗粒较细，水中的悬浮物、细菌等颗粒较大的物质，在通过表层土壤时，可以被土体截留。