發(fā)布時間：2020-07-05 16:57

【摘要】：隨著時間的推移,水危機(jī)在全球變得越來越嚴(yán)重。據(jù)報道,在發(fā)展中國家,80%的疾病和超過1/3的死亡是與水有關(guān)。全球70多個國家中,大約137,000,000人可能受到飲水砷中毒的影響。巴基斯坦和中國同樣也面臨著地下水中砷污染問題。拉合爾是巴基斯坦人口數(shù)量位居第二的大城市,人口密集,地下水是重要的飲用水來源。從十年前開始,拉合爾市就面臨著砷污染問題,地下水中的砷濃度高達(dá)166 lμg/L,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過WHO的最高限值10 μg/L。大同盆地位于中國北方,地下水是包括大同市在內(nèi)以及下轄的10個城鎮(zhèn)和61個村工農(nóng)業(yè)用水的重要水源。關(guān)于慢性砷中毒影響的報道最早出現(xiàn)于二十世紀(jì)90年代第一次。據(jù)報道,區(qū)域地下水砷濃度高達(dá)1820μg/L,受高砷地下水(50μg/L)影響人口高達(dá)36,676人,砷中毒患者高達(dá)3296人。本文的主要研究目標(biāo)是將巴基斯坦拉合爾與大同盆地的沉積含水層進(jìn)行比較,以識別誘發(fā)含水層中砷釋放和富集的不同機(jī)制。大同盆地和巴基斯坦拉合爾均為典型的高砷地下水分布區(qū),但氣候差異大,前者為亞熱帶大陸性氣候,雨水充足,后者屬于大陸性半干旱季風(fēng)氣候。作為沉積含水層,水化學(xué)形成過程非常復(fù)雜,且近年來大同盆地開展了比較深入的水文地球化學(xué)研究�；谶@兩個主要的原因,特選擇大同盆地進(jìn)行比較,以識別不同地球化學(xué)環(huán)境含水層砷富集的原因。研究內(nèi)容包括：(1)拉合爾源頭和配水系統(tǒng)水質(zhì)評價；(2)拉合爾高砷地下水的水化學(xué)特征、影響因素和形成過程；(3)拉合爾富砷含水層的沉積地球化學(xué)；(4)中國大同盆地下水水化學(xué)特征分析；(5)中國大同盆地和巴基斯坦拉合爾地下水中砷的來源、水文地球化學(xué)演化過程和影響因素對比。研究結(jié)論如下：(1)對采集于巴基斯坦拉哈爾市的50個飲用水樣品(16個取自源頭,34個取自配水系統(tǒng))的物理、化學(xué)和生物參數(shù)分析顯示,與地下水源樣品進(jìn)行比較,絕大部分配水系統(tǒng)樣品的平均含量更高,檢測到不同含量的微量元素,包括Cr(8個樣品)、Fe(18個樣品)、Cu(18個樣品)、Zn(13個樣品)和Pb(14個樣品)。但除了14個樣品中有5個樣品中鉛超出了WHO限值(Pb0.01mg/L),其余微量元素幾乎都在WHO飲用水允許范圍內(nèi)。細(xì)菌學(xué)分析發(fā)現(xiàn),42%的樣品(12%來自源頭,55%來自配水系統(tǒng))達(dá)不到WHO標(biāo)準(zhǔn),尤其是分布式地下水,并不能作為安全的飲用水。地下水類型主要的是HCO3-Mg型,其次是HCO3-Ca型,碳酸鹽巖的風(fēng)化是控制溶解/沉淀的主要過程。主成分分析(PCA)顯示As濃度與S042-密切相關(guān),還原性溶解和pH控制的解吸可能是造成拉合爾高砷的原因。(2)為評價拉合爾地區(qū)源頭水的砷濃度,在拉合爾7個城鎮(zhèn)的共收集474個管井樣品。分析顯示,TH、TDS、HCO3-、NO3-和As存在明顯的空間變化�？傮w上,城市東南部TH和HC03-較高,而北部As濃度較高。大部分水樣品的As濃度高于WHO的最高限值。生活污水和商業(yè)廢水隨意排放并通過開放的渠道最終進(jìn)入拉維河,可能導(dǎo)致研究區(qū)內(nèi)部分地區(qū)(東部地區(qū)同樣較高)N03的濃度增大。地下水類型排序如下HCO3·S04-Mg.CaHCOI3.SO4-Ca.MgHCO3.SO4-Cl-Mg.CaHCO3·SO4-Ca.MgHCO3·SO4-CaHCO3·SO4-Mg.Ca。系統(tǒng)聚類分析(HCA)顯示,pH值對As、F-、NO3和N02-有顯著影響,而HC03-是TDS的主要貢獻(xiàn)者。礦物溶解/沉淀、pH、好氧條件、人類活動、大氣傳輸/濕沉降、微生物活動和表層土壤特征影響地下水中As(Ⅲ)和As(V)值的增大。(3)對采集于拉合爾不同地區(qū)管井中的30個地下水樣品進(jìn)行了同位素和重金屬分析。主成分分析(PCA)分析表明,砷含量受氧化還原反應(yīng)、礦物溶解過程和蒸發(fā)作用的影響。同位素分析發(fā)現(xiàn),樣品中的δ180和δ2 H變化范圍分別是-51.04‰～-8.178‰和-33.92‰～-5.846‰。除了5個點(diǎn),其它點(diǎn)都分布在大氣降水線上,表明該區(qū)域蒸發(fā)作用較弱。根據(jù)曲線斜率,推測可能存在土壤水分蒸發(fā)和雨水下滲的混合作用。(4)共收集了來自拉合爾東北部高砷地下水分布區(qū)的沉積物樣品進(jìn)行XRD和形態(tài)分析。結(jié)果表明,該區(qū)沉積物由粘土、細(xì)砂、粉砂、粗砂組成,主要礦物組成為石英和伊利石。沉積物提取分析也表明,強(qiáng)烈吸附態(tài)的砷和與無定形的鐵氧化物化鐵和非晶態(tài)鋁共沉淀的砷、與結(jié)晶的鐵氫氧化物結(jié)合態(tài)的砷含量均很高。因此,在拉合爾,硅酸鹽是地下水礦物的主要組成部分,且沉積物砷含量與Fe和Mn有關(guān)。(5)對采自于大同盆地的87個地下水樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并結(jié)合現(xiàn)有大同盆地高砷地下水研究基礎(chǔ),與拉合爾的高砷地下水進(jìn)行了比較。數(shù)據(jù)分析采用IBMSPSS Statistics 21版,結(jié)果表明,拉合爾地區(qū)地下水樣品中的五5個主要因子(PC1、PC2、PC3、PC4和PC5)的數(shù)據(jù)方差為77.07%,大同盆地地下水樣品6個主要因子(PC1、PC2、PC3、PC4、PC5和 PC6)的數(shù)據(jù)方差為78.3%。地下水中As濃度主要受氧化還原條件、溶解和蒸發(fā)作用影響。大同盆地地下水中元素組成的變化比拉合爾地區(qū)顯著。Na+和HC03是大同盆地和拉合爾地區(qū)地下水中的主要離子。在大同盆地,大多數(shù)低砷地下水樣品為HC03-Mg(Ca)Na和HCO3·SO4(Cl)-Na(Mg)型,而大多數(shù)高砷地下水樣品為HCO3-Na(Mg)和 HCO3·Cl-Na(Mg)型水。大同盆地地下水As與B的正相關(guān)性不顯著,與Cr、Cu、Fe、Li、 Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn、Ti呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,但在拉合爾卻相反,地下水水中的As與 Fe (r=0.41)、Ba (r=0.25)、Zn (r=0.22)、Cr (r=0.23), Mn (r=1.43)和 Si(r=0.131)有明顯的相關(guān)性。拉合爾地下水相關(guān)性分析表明：水中硼和砷的來源是不同的,而砷、鐵、鉻、鋅、硅的來源則是相同的,還原環(huán)境中可能會增強(qiáng)拉合爾地下水中砷的遷移性。兩個研究區(qū)的沉積物地球化學(xué)存在一定的差異,大同盆地沉積物樣品的砷含量為2.45-27.38 mg/kg,平均值9.4 mg/kg,拉合爾砷含量為0-81 mg/kg,平均含量6mg/kg o在拉合爾用1.6-240m深度的沉積物與現(xiàn)代松散沉積物比較,幾乎比大同盆地沉積物中的砷含量高出近兩倍。大同盆地沉積物中的砷主要以吸附態(tài)或鐵錳礦物結(jié)合態(tài)存在,而在拉合爾地區(qū),伊利石、石英、綠泥石和蛇紋石是是沉積物中砷的主要載體。按照WHO的限值,大同盆地地下水中的硼、砷、鹽度是造成水不安全的原因,除了原生砷異常,煤礦開采和工業(yè)活動對地下水有很大污染。而在拉合爾,所有城鎮(zhèn)地下水的砷含量均很高,Nishter Town(工業(yè)區(qū))的Ittifaq殖民地(NI-41)砷濃度最高,Gunj Bakhsh Town As超標(biāo)率最高(17.4%),Nishter town位居第二(16.4%), Ravi town最低(3%),這預(yù)示著大多數(shù)管井都需要持續(xù)的評估和檢測以保證當(dāng)?shù)厝说慕】怠Ｑ芯繀^(qū)北部和南部TDS和HCO3-均較高,SO42-在研究區(qū)北部集中分布,除了生活污水和工業(yè)污水,地下水位下降、農(nóng)業(yè)活動、垃圾填埋場管理不善等問題也是地下水污染的原因之一。
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X523

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本文編號：2742880