（环境工程专业论文）黄兴镇硫酸锰行业地下水污染及其治理研究.pdf

硕十学位论文 a b s t r a c t g r o u n d w a t e ri sa l li m p o r t a n ta n dm d i s c e r p t i b l ep a r to ft h ew h o l ew a t e re n v i r o n m e n t i nc h i n a ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m i cc o n s t r u c t i o nm a n y p e o p l e ，o r g a n i z a t i o na n d e v e n g o v e r n m e n ts o m e t i m e sp u r s u et h ep a r t i a l m a x i m u mp r o f i t o n l yb u ti g n o r e t h e n e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h ee n v i r o n m e n t s ot h ec o n t a m i n a t i o no fg r o u n d w a t e rb e c o m e s 1 1 1 0 1 ea n dm o r es e r i o u sw i t ht h e p a s s i n g o fy e a r w h a t s m o r e ，t h i sp h e n o m e n o ni s e s p e c i a l l ys e v e r ei nm a n y 1 _ u r a la r e a sa n du n d e v e l o p e da r e a s n o wi no u rc o u n t r ym a n yw o r kc o n c e r n i n gr e s e a r c h ，p r a c t i c ea n dm a n a g e m e n to f g r o u n d w a t e r c o n t a m i n a t i o n l a g b e h i n dt h e s p e e d o f g r o u n d w a t e rp o l l u t i o ng r e a t l y c o n c r e t e l ys p e a k i n gt h ed e l a yi n c l u d e ：g r o t m d w a t e ra n dg e o l o g i cm o n i t o r i n gs y s t e ma r e n o tp e r f e c t ；r e s e a r c hw o r ko nm e c h a n i s m so fp o l l u t a n t st r a n s p o r t i n ga n dt r a n s f o r m i n gi s r a r e ；t h e o r ya b o u tg r o u n d w a t e rr e m e d i a t i o ni s r i c hw h i l e e n g i n e e r i n gp r a c t i c e i s p o o r ； e x p l o r a t i o na n dm o n i t o r i n go fg r o u n d w a t e ri s w e a k n e s s a l lo ft h e s en o to n l yl e a dt o d e t e r i o r a t i o no fe n v i r o n m e n tb u ta l s oa r o u s em a n ys o c i a l p r o b l e m sa n de v e ne n d a n g e r s o c i a ls t a b i l i t y b a s e do nt h e s e p r o b l e m s t h e p a p e r c a r r i e do u t i n v e s t i g a t i o n s o n g r o u n d w a t e r m o n i t o r i n ga n dt r e a t m e n ta n dt a k eg r o u n d w a t e rc o n t a m i n a t i o ni nt h et o w no fh u a n g x i n g a s t h er e a le x a m p l et h e h u a n g x i n g t o w np r o b l e ma to n et i m ei st h ef o c u so f m a n y m e d i aa n d e v e na t t r a c t st h ea t t e n t i o no f g o v e r n m e n tp r i m em i n i s t e r , t o d a ya l lt h ep o l l u t i o nf a c t o r i e s h a v eb e e nc l o s e db u tt h em a i n p o l l u t a n t - w a s t er e s i d u ei ss t i l la b a n d o n e do u t d o o rw i t h o u t a n ys a f e t ym e a s u r e s ，s ot h e r e i sn ot i m et o d e l a yt o t r e a tt h e s ew a s t er e s i d u ea n d c o n t a m i n a t e dg r o u n d w a t e r t h ep a p e rs t a r t e df r o mt h e h y d r o l o g i c a li n v e s t i g a t i o na n dt h ec o n t a m i n a t e dw a t e r q u a l i t ym o n i t o r i n go ft h ec o n t a m i n a t e da r e a w i t ht h eh e l po fw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o nt h e m a i n p o l l u t a n t w a sf o u n da n di t sp o l l u t i o nf e a t u r e sm l du t i l i z a t i o nw e r ea l s os t u d i e di nt h e t h i r dp a r to ft h ep a p e r f u r t h e n n o r ei n l i g h to f t h ep o l l u t a n tm i g r a t i o nr u l e sap r e d i c t i o n w a sm a d ew h i e hc a nd i s p l a yt h ep o l h n i o ne x t e n ti nt h ec o m i n g2 0y e a r s a sf a ra st h e w a s t e w a t e rt r e a t m e n ti s c o n c e r n e d ，h y d r a u l i cc a p t u r et e c h n i q u ec a nb eu s e di nt h ea q u i f e r p u r i f i c a t i o n a f t e rt h a t as e r i e so fe q u i p m e n t st h a tc o n t a i n e da e r a t i o n ，f i l t r a t i o na n d c o a g u l a t i o nw a sd e s i g n e dt ot r e a tt h ew a t e rp u m p e df r o mt h ea q u i f e rt h r o u 曲t h ed e s i g n e d w e l l st h ep a p e ra n a l y z e dt h ec o n t a m i n a t e da r e at h a ti n c l u d e sc o n t a m i n a n ts o u r c ea n d v i c t i mc o m p r e h e n s i v e l y a tt h es a m et i m et h el o c a lc o n d i t i o nw e r et a k e ni n t os u f f i c i e n t a c c o u n t ，s ot h ei n v e s t i g a t i o nr e s u l t sa r eg e n u i n ea n dc r e d i b l e t a k i n gu s eo fg r o u n d w a t e rt r e a t m e n tt h e o r yi np r a c t i c es u f f i c i e n t l ya n da c c u r a t e l yi s t h e p u r p o s e o ft h ep a p e ra n di th a sb e e nc a r r i e do u tp e r f e c t l y b e c a u s eg r o u n d w a t e r c o n t a m i n a t i o n p r o b l e m s a r e p o p u l a r i no u rc o u n t r yw h i l ei t st r e a t m e n ti s l a c k i n g ，t h e m e t h o d sa n dr e s u l t so ft h ep a p e rh a v es o m egu i d ee f f e c t san dc a l lb eu s e da sr e f e r e n c e w h e ns i m i l a rp r o b l e m so c c h e k e yw o r d s ：h u a n g x i n gt o w n ；g r o n n d w a t e r ；c o n t a m i n a t i o n ；t r e a t m e n t i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个入或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：葛m 良日期：川年厂月哆日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：弯 导师签名： 日期：_ v 年歹月，7 日 日期：沙年，月加日 硕士学位论文 第1 章绪论 地下水是存在于土壤空隙和地下岩层裂隙溶洞中的水，是陆地水资源的重要 赋存形式。我国地下水资源比较丰富，达到8 7 0 0 亿m 3 a ，但是实际可开采量仅为 2 9 0 0 亿m 3 a 。地下水是我国人民生活、城市和工农业用水的重要水源。全国2 3 的城市以地下水为供水水源，农业灌溉用水占了地下水总开采量的8 1 左右。 在我国，地下水污染有逐渐严重的趋势，主要是人类在生产和生活过程中产 生的污染物质直接或者间接进入土壤和地下水。地下水开采过量，会导致地下水 水位下降。在沿海地区，地下水水位的下降会引起海水直接入侵淡水层，土壤盐 碱化，建筑物受侵蚀。 地下水不同于地表水，一旦污染后，会很难治理。一是因为受污染的地下水 在土壤岩石空隙中，地质条件复杂，调动起来非常困难；二是因为地下水中相当 一部分污染物吸附在土壤和岩石表面，给地下水处理增加了难度；另外，地下水 所处区域人类活动频繁，地上建筑物密集，限制了相关处理技术的实旌。因此， 对地下水的污染进行准确的评价与模拟，进而采取有效的措施对受污染水体进行 适当的处理与修复，成为水文地质和环保工作者刻不容缓的任务。下文就对本文 有关的地下水带有普遍性的几个问题进行探讨，揭示一些客观存在的问题。 1 1 地下水污染的概念 地下水污染是环境污染的一部分。按照德国的梅思斯教授在地下水性质 ( t h ep r o p e r t yo f g r o u n d w a t e r ) 一书中提到的：“受人类活动污染的地下水，是由 人类活动直接或间接引起总溶解固体及总悬浮固体含量超过国内或国际上制定的 饮用水和工业用水的最大允许浓度的地下水：不受人类活动影响的天然地下水， 也可能含有超过标准的组分，在这种情况下，也可据其某些组分超过天然变化值 的现象而定为污染【l 】”。 法国的jj 弗里德( jjf r i e d ) 教授在地下水污染( g r o u n d w a t e rp o l l u t i o n ) 一书中提到：“污染是指地下水的物理、化学和生物特性的改变，从而限制或阻碍 地下水在各方面的利用”。 美国学者米勒教授在论述“污染”时指出：“污染是指由于人类活动的结果使 天然地下水水质变到其适用性遭到破坏的程度。” 弗里基( r a f r e e z e ) 和彻里f j a c h e r r y ) 在地下水一书中指出：“凡是由于 人类活动而导致进入水环境的溶解物，不管其浓度是否达到了使水质明显恶化的 程度都称为污染，但是把污染一词作为污染程度已达到人们不能允许程度的水质 黄兴镇硫酸锰行业地。f 水污染及其治理研究 状况的一个专门术语”。 前苏联的水文地质学家en 明金认为，所谓水源地内地下水的污染是指出 水源的本身影响之外，由于生产和生活条件的各种因素影响直接或间接的使地下 水质恶化，导致其全部或部分不能作为供水水源的情况。他还指出，如果是由于 t d s 含量高的水在自然条件下扩展到开采水源地，或因t d s 含量高的水与淡水含 水层及地表水有水利联系而渗入水源时，便不能称为地下水污染，只说明是由于 取水量超过了水源地地下水的允许开采量而引起地下水被疏于的现象m 。 尽管人们对水污染的含义看法有差异，但在污染造成水体质量恶化这一方面 是有共识的。关于水污染的确切含义，1 9 8 4 年第六届全国人民代表大会常务委员 会通过的中华人民共和国水污染防治法对“水污染”给予了明确的说明：“水 污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或放射性等方面特 性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态平衡，造成水质恶 化的现象。”因此，根据上述各种对“水污染”的论述和有关的法律认证，人们认 为水体污染较为合理的定义为：凡是在人类活动的影响下，水质变化朝着水质恶 化方向发展的现象，统称为“水污染”。 近些年来，随着人类生产的进步和经济的繁荣带来了严重的地下水污染问题， 特别是工业发达国家，污染更为严重。即使卫生防护条件较好，自净能力较强的 地下水源，也早受到了不同程度的污染。 受到污染的情况日趋严重。如某市西郊， 就我国的情况来看，大城市的地下水源 7 0 年代初，每年渗入到含水层中的废水 约0 3 3 亿吨，1 9 7 2 年在1 0 4 眼井中取样分析，大部分发现有酚污染。东北某市曾 对4 2 0 眼水井进行调查，一种或数种有毒物质超标者占7 4 。据不完全统计，全 市有六十多个工厂采用天然渗坑和渗井摊放末处理的污水，直接污染地下水。哈 尔滨化工区1 8 平方公里的范围内，每日排放含氰、汞、铬、砷、磷等的废水达 7 9 万吨，造成区内7 2 眼水井中5 6 眼己被污染。又如太原钢铁厂7 眼深井、1 3 眼浅井全被污染，酚、汞超标十倍以上。包头市的地下水层有5 0 受酚、氰、砷、 铬和放射性污染。 由于地下水的污染，严重影响城市供水，使有些水源井报废，甚至引起一些 不良后果。例如沈阳东工水源地投产九个月后因污染而报废；包头尾矿坝废水渗 漏污染地下水造成两万亩土地弃耕，七个自然村搬迁，郊区四个牧场的牲畜由于 氟中毒死亡二十二万头，停井四口，从二十公里外运水，耗资几百万元。 以上情况说明我国地下水的污染情况是严重的，必须引起各方面的重视，及 早采取有效的防治措施，减少污染，造福人民。 1 2 地下水环境背景值 说到地下水及其污染，那么就不得不提到“环境背景值”。在各种环境影响评 硕士学能论文 价工作中，确定地下水环境背景值是进行环境影响分析和预测的前提。“环境背 景值”这一概念最先由美国人j j 康纳等提出，其含义是：在不受污染的情况下， 环境中水体、土壤、农作物、植物、大气及水生生物等，在自然界存在和发展过 程中，其本身固有的化学物质含量。它不受外界人为因素影响，反映了原有的面 貌。然而，由于现代人类活动所涉及的深度和广度，按上述定义所描述的地下水 几乎不存在。其次，环境背景值具有区域差异性。即环境背景值既是环境特征的 定量反映，不同的环境单元，其特征又有极大差异性，因此，不同的环境单元具 有不同的环境背景值。即使是同一单元内部，由于地下水的流动性和地质体的不 均匀性，不同地点环境各要素会表现出局部差异和渐变的特点，即在同一单元内， 环境背景值表现为一个范围值。同时，由于水文、气象包括人为因素等随机易变， 而这些因素的影响会使地下水的物理、化学要素随时间有一定的变化，即地下水 的环境背景值还应具有时间差异性。因此，地下水的环境背景值只能是一个相对 概念。 邱汉学、黄巧珍f 6 】在比较了若干环境背景值确定方法之后，提出了一系列有 关取样点的布设、选取方法和地下水环境背景值的确定及检验方法。并指出，地 下水环境背景值应是一个范围值而不是一个具体的数。其次，在数理统计较为发 达的今天，可以应用先进的统计学知识布设采样点和处理所获数据，必要时要对 误差进行分析，以便校正结果。 1 3 地下水中污染物对人体的危害 根据目前的文献资料看来，人体中可以检出四十五种痕量元素。其中有二十 种在生理上可能是没有影响或影响不大的；有十一种是必需的，即铁、锰、氟、 铬、锌、钼、钴、镍、铜、锶、碘；七种是有害的，即镉、锗、锑、碲、砷、汞和 铅。对于有害元素，我们应该防止或尽量减少他们进入人体内，而对于必需的痕 量元素，则应随时注意不能缺少。 水是人们生活中的必需品，自然界的地下水是由十多种元素组成的溶液，人 们所必需的痕量元素可以从饮用水中摄取。大多数天然地下淡水的水质是能满足 饮用水的卫生标准的，但由于污染则使水质恶化，饮用后会危害人体健康。水中 各种污染物对人体健康的影响简述如下。 1 3 1 毒性污染物 包括汞、镉、铬、铅、砷等。 汞进入水体后，可通过生物化学过程转变为剧毒的甲基汞。人接触汞可产生 急、慢性中毒。吸入1 2 8 5 m g m 3 d 的汞导致急性中毒【9 】。食入1 4 2 9 m g k g 的汞 可使人死亡m 】。持续4 0 年吸入1 6 9 ug m 3 的汞可引起中枢神经系统的症状。已 黄兴镇疏酸锰行业地一f 水污染及其治理研究 经证明某些汞化合物是潜在性致癌物质或致畸物质n l ，产生肿瘤的最低剂量是 4 0 0 m g k g ，引起致畸反应的最低剂量是5 0 0 m g k g 。汞及其化合物脂溶性很强，可 在人体内蓄积。在神经系统积聚后，先期表现为头昏、饮食不振、牙根出血、脱 发、视力障碍、疲乏等。后期表现为肢体末梢麻木、刺痛感、语言不清、视力模 糊、耳聋、动作失调等直至死亡。汞的阈限值为o 0 5 m g m 3 ( 用于除甲基汞以外的 各种形式的汞，为考虑其潜在致癌、致畸作用) 。e p a l 9 7 6 年水质基准( 建议) ： 居民供水( 健康) 为2 0 l jg l t n 】。n a s n a e l 9 7 2 年水质基准：公共供水水源为0 0 0 2 m g l 。家畜为1 0 pg l ( 防止人食用的动物组织岔汞超过o 5 p p m ) m 1 。 镉是高毒物质，吸入或消化道摄入镉可产生急性和慢性作用。吸入 0 0 1 0 2 7 m g m 3 的镉对接触工人的肺、肾产生影响m 】。身体最大正常负荷是 2 0 3 0 m g t ts ) 。从理论上讲，2 5 3 0 年内长期接触镉，能引起最小可测知影响的空气 浓度是2 5bg m 3 。镉及其化合物均有致癌和制畸作用。国际肿瘤研究机构认为， 职业接触某些形式的镉( 可能是氧化镉) 可增加入患癌的危险性m l 。据报道，对 动物引起致癌反应的最低剂量是l m g l ( 以镉计) ，引起致畸作用的最低剂量是 l m g k g ( 以镉计) m 】。镉是危险的蓄积性毒物，据报道，浓集系数高达1 0 0 0 倍3 】。 锌和铜增加镉的毒性( 1 3 1 i l s l 。粉尘、盐类及氧化镉烟雾的阚限值( 以镝计) 为 o 0 5 m g m 3 。美国公菸卫生署饮用水规程：l s r 为0 0 1 m g l t 一】。e p a l 9 7 6 年水质基 准( 建议) ：居民供水( 健康) 为1 0 ug l t n 】。n a s n a e l 9 7 2 年水质基准：公共供 水水源为0 1 0 m g l 。家畜为5 0u l ，灌溉0 0 1 0 m g u 一，i 。 铬是变价元素，在废水中有六价铬和三价铬两种价态。所有铬化合物都有毒。 六价铬的毒性比三价铬大1 0 0 倍。空气中的铬可引起生产工人鼻组织损伤，也可 引起其他呼吸道的问题，包括呼吸道癌( 与接触高浓度的铬有关) 】。铬对人体 有很大的刺激性和腐蚀作用。铬被肌体吸入到血液后，遇血中氧即形成氧化铬， 夺取血液中部分氧气是血红蛋白变为高铁血红蛋白，致使血细胞携氧机能发生障 碍，血中氧含量减少就会发生内窒息。铬盐对胃、肠粘膜有极强的刺激，对中枢 神经有毒害作用。铬酸及铬酸盐的阈限值以c r ”计时为0 0 5 m g m 3 ；铬及不溶性三 价或二价铬化合物的阈限值为o 5 m g m 3 ( 以铬计) 。美国公共卫生署饮水规程：水 源l s r 为o 0 5 m g l ( 以c r 6 + 计) 。n a s n a e l 9 7 2 年水质基准( 铬) ：公共供水 水源为o 0 5 m g l ：灌溉为o 1 m g l ( 各种土壤上连续使用) m 】。e p a l 9 7 6 年水质 基准( 建议) ：居民供水( 健康) 为5 0 ug l t “1 。 铅化合物有毒，其毒性大小通常与其溶解度成比例。被摄入的铅大部分被肝 脏吸收并由胆汁排泄。吸入少量的铅即有毒害作用。铅中毒导致红细胞溶血，肾 损害、肝损害，及雄性性腺、神经系统及血管等的损伤。铅是蓄积性毒物，其生 物半减期为6 个月1 2 0 1 。牲畜对铅的毒作用有抵抗力，但是铅能以对人体有害的量 在其组织和乳汁中蓄积1 。有证据表明接触铅呵增加流产和死胎率m ，。已知铅可 硬士学位论文 通过人胎盘发生影响。在动物实验中已观察到铅的致畸作用，据报道，对后代产 生影响的最低剂量为3 l m g k g 。阈限值( 无机烟、尘) 以铅计为0 1 5 m g m 3 ( 未考 虑其致肿瘤及制畸作用) 。美国公共卫生署饮用水条例规定l s r 为o 0 5 m g l 1 1 9 1 。 e p a l 9 7 6 年水质基准( 建议) ：家庭供水标准( 健康) 为5 0 “g l 。n a s n a e l 9 7 2 年水质基准m 】：公共供水为o 0 5 m g l ，家畜用水为0 1 m g l ，各种土壤上连续灌 溉的用水标准为5 0 m g l t z 3 1 。 砷是水中常见的污染物，其毒性与价态有关。三价砷毒性最大。砷化合物可 通过皮肤、呼吸道和消化道被吸收引】。砷是蓄积性毒物，对哺乳动物产生长期慢 性影响。砷的慢性中毒表现为肝、肾的炎症，多发性神经炎、皮肤和指甲的病变。 砷的慢性中毒是逐渐加剧的，以致达到致命的程度，往往要经过很多年才能发现。 此外，砷还能从妇女乳腺排出，影响婴儿健康。近年来还发现砷有致癌作用。阈 限值为0 5 m g m 3 ( 砷及其化合物，以砷计) 。e p a l 9 7 6 年水质基准( 建议) ：家庭 供水标准( 健康) 为5 0p l ；灌溉作物中1 0 0 1 - tg l t n l 。n a s n a e l 9 7 2 年水质基 准：公共供水为o 1 m g l ，家畜用水为0 2 m g l ，各种土壤上连续灌溉的用水标准 为o 1 0 m g l t l 3 】。 1 ，3 2 其他金属污染物 钙和镁都是人体必需的元素之一，但若水中含量过高，饮用后对人体健康仍 有影响。且水中钙和镁离子的浓度影响重金属的毒性。钙含量过多会引起结石病， 镁的含量过多易使水发涩苦昧。 铁元素及其化合物一般无明显毒性， 渐累积发生慢性中毒时为继发性血色病， 病、心肌炎等1 2 2 1 。 但若服过量的亚铁可发生急性中毒。逐 表现为皮肤色素沉着、肝脾肿大、糖尿 锰也是人体必需的元素之一，单就锰离子而言，一般不把锰化合物看作高毒 化合物m 】。具有强氧化性的锰酸盐和高锰酸盐可引起皮肤刺激和呼吸道损伤。吸 入锰及其化合物可导致慢性中毒叫1 。吸入时对人产生毒性作用的最低浓度是 1 l m g m 3 ，可产生中枢神经系统症状o ，引起振颤麻痹、肺炎、记忆力下降、心动 过速等病症。经动物实验证明，不同价数的锰毒性不同。一般说来，二价锰比三 价锰毒性大。土壤中2 5 p p m 的锰可对大豆产生影响，但土壤中锰的作用受p h 和 湿度等各种因素的影响【2 s l 。锰及其化合物的阈限值( 以锰计) 为5 m g m 3 。美国公 共卫生署饮用水规程( 1 9 6 2 年) ：被用水源为0 0 5 m 【g l ( 锰) m 】。e p a l 9 7 6 年水 质基准( 建议) ：居民供水( 福利) 为5 0 p l 。n a s n a e l 9 7 2 年水质基准：公 共用水水源为0 0 5 m g l ，灌溉为5 0 m g l t 川。 铜是人体必需的元素，但食入铜盐可引起胃肠道刺激症状，慢性接触可致贫 血。近代研究表明，饮用含铜量过高的水，心血管的发病率会增高。接触余属铜 黄兴镇硫酸锰行业地 水污染及其治理研究 烟可引起呼吸道刺激症以及眼睛和皮肤的刺激症状。接触铜还可损伤肝、肾及神 经系统w 。铜与锌、镉、汞有协同作用。钙、镁浓度影响铜的毒性。金属铜烟 的阚限值为o 2 m g m 3 。 锌也是人体必需元素之一，但若摄取过量也有毒性。锌的毒性较弱，但吸入 锌烟雾会引起金属烟雾热，且锌对水的感官性状有不良影响，若食入过多可引起 肠胃炎、腐蚀消化道粘膜等病症。美国公共卫生署饮用水规程规定，l s r 为 5 m g l t ”i 。e p a l 9 7 6 年水质基准( 建议) ：居民供水( 福利) 为5 0 0 0 ug l t “】。 n a s n a e l 9 7 2 年水质基准：公共供水为5 0 m g l ，家畜为2 5 m g l ，灌溉为 2 0 m g l m l 。 钼、钴和镍这三种元素人体也都必需，但是食入过量也有毒。人过多或过少 食入钼时会产生痛风症，接触三氧化钼时对眼、鼻、咽粘膜可能有刺激作用。口 服过量钻可引起红细胞、血红蛋白增多，还能有引起甲状腺肿大的作用。吸入过 量的钻对肺、胃有损。金属镍实际上无毒性，镍盐与皮肤接触可产生湿疹，镍痒 疹。羟化镍具极毒并致癌 2 2 1 。 铝一般无毒，但如果人体长期摄入过量铝盐，不仅对磷的吸收受影响，而且 干扰磷化物的代谢。 1 4 地下水的污染特征 地下水的污染特征是由地下水的储存特征决定的。地下水储存于地表以下一 定深度处，上部有一定厚度的包气带土层作为天然屏障，地面的污染物在进入地 下水含水层之前，必须先经过包气带土层。地下水直接储存与多孔介质之中，并 进行缓慢的运移。由于上述特点使得地下水污染有如下特征： 1 隐蔽，性 由于污染是发生在地表以下的孔隙介质之中，因此常常是地下水已遭到相当 程度的污染，也往往从表观上很难识别，一般仍表现为无色、无味，不能像地表 水那样，从颜色及气味或鱼类等生物的死亡、灭绝鉴别出来。即使人类饮用了含 有害或有毒组分污染的地下水，其对人体的影响一般也是慢性的、不易察觉的。 2 难以逆转性 地下水一旦遭到污染就很难得到恢复。由于地下水流速度缓慢，如果等待天 然地下并流将污染物带走，则需要相当长的时间。而且作为孔隙介质的砂土对很 多污染物都具有吸附作用，使污染物的清除更加复杂困难。即使在切断污染来源 后，靠含水层本身的自然净化，少则需十年、几十年，多则需要上百年的时间。 3 。延缓性 延缓性表现在：由于污染物在含水层上部的包气带土壤中经过各种物理、化 学及生物作用，则会在垂直方向上延缓潜水含水层的污染。对于承压含水层，由 硕十学位论文 于上部的隔水层顶板存在，污染物向下运移的速度会更加缓慢。由于地下水是在 孔隙介质的串珠管状的微孔中进行缓慢的渗透，每日的实际运动距离仅在米的数 量级，因此地下水污染向附近的运移、扩散是相当缓慢的。由于上述原因，地下 水的污染程度相对小于河水。 1 5 地下水的污染源及污染途径 1 5 1 污染源 地下水的污染源繁多，从其形成原因，分为两大类：人为污染源和天然污染 源。 1 5 1 1 人为污染源 ( 1 ) 城市液体废物：城市液体废物主要包括生活污水、工业废水及地表雨水 径流。 1 ) 生活污水：其中s s ( 悬浮固体) 、b o d 5 ( 生化需氧量) 、氮( 主要为氨氮) 、 磷、氯、细菌和病毒含量高；其次是钙、镁等，也可达到几十毫克升；重 金属含量一般都是微量。 2 ) 工业污水：工业污水种类繁多，不同污水污染参数具有很大的差异。 3 ) 地表雨水径流：城市地区的雨水地表径流中往往含有较多的悬浮固体，病 毒和细菌的含量也较高。在北方的冬天，由于在路面抛洒防结冰剂，如 n a c l 和尿素，使地表雨水中n a + 、c l 和n h 4 + 含量较高。 ( 2 ) 城市固体废物：城市固体废物包括生活垃圾及污水河渠和污水处理厂的 污泥等。 1 ) 生活垃圾：新鲜的生活垃圾含有较多的硫酸盐、氯化物、氨、b o d 5 、总 有机碳( t o c ) 、细菌混杂物和腐败的有机质。这些废物经生物降解和雨水 淋滤后，可产生c 1 。、s 0 4 、n h 4 + 、b o d 5 、t o c 和s s 含量高的淋滤液， 还可产生c 0 2 和c h 4 气。淋滤液中上述组分浓度峰值出现在废物排放开 始的一两年，此后相当长时间内( 或许几十年) ，其浓度无规律的降低。 2 ) 工业垃圾：工业垃圾来源复杂，种类繁多。冶金工业产生含氰化物的工业 垃圾；造纸工业产生含硫酸盐垃圾；电子工业产生含汞垃圾；石油化学工 业产生含多氯联苯、农药废物和含酚焦油的垃圾，还产生含矿物油、碳氢 化合物溶剂及酚的垃圾；燃煤热电厂产生粉尘，粉尘淋滤液含砷、铬、硒 和氯：燃煤产生另外的污染物煤灰，大部分是中性物质，只有约2 的可 溶物，它含有硫酸盐及微量金属，如锗和硒。 3 1 污泥：污泥除富集有各种金属外，还有大量的植物养分，如氮、磷、钾等。 ( 3 ) 农业生产及采矿活动： 黄兴镇巯酸锰行业地f 水污染及其治理研究 大量的杀虫剂、杀菌剂、除莠剂和化肥以及农家肥等被施用后，除被生物吸 收、挥发、分解外，大部分残留在农田的土壤和水中，然后随农田排水和地表径 流进入水体，造成污染；挥发进入大气中的部分仍有可能随降水过程进入水体， 也造成污染。农田排水实际上是非点污染源，天然水体中的有机物质、植物营养 物( 氮、磷) 、农药等主要来源于农田排水。 矿床开采过程中，可能成为地下水污染源的是尾矿淋滤液和矿石加工厂的污 水。此外，矿坑疏干，氧进入原来的地下水环境里，使某些矿物氧化而成为地下 水污染来源。开采金属矿时，其主要污染来源是尾矿及矿石加工的污水，它可使 地下水中有关的金属离子浓度升高。 1 5 1 2 天然污染源 天然污染源是天然存在的。地下水开采活动可能导致天然污染源进入开采含 水层。天然污染源主要是海水及含盐量高和水质差的地下水。 在沿海地区的含水层，如果过量开采地下水，则可能导致海水( 地下咸水) 与地下淡水界面向内陆方向的推移，从而引起地下淡水的水质恶化。地下卤水也 可能产生类似的后果。我国沿海的一些城市和地区都已先后出现了上述地下咸水 入侵的问题。 1 5 2 污染方式和途径 1 5 2 1 污染方式 地下水的污染方式有直接污染和间接污染两种。 直接污染的特点是，地下水中污染组分直接来源于污染源，污染组分在迁移 过程中期化学性质没有任何改变。由于地下水污染组分与污染源组分的一致性， 因此较易查明其污染污染来源及污染途径。这是地下水污染的主要方式，在地表 或地下以任何方式排放污染物时，均可发生此种方式的污染。 间接污染的特点是，地下水的污染组分在污染源中的含量并不高，或该污染 组分在污染源里根本不存在，它是污水或固体废物淋滤液在地下迁移过程中经过 复杂的物理、化学及生物反应后的产物。 1 5 2 2 污染途径 地下水污染途径是复杂多样的，按照水力学上的特点分类，其污染途径大致 可分为四类，见表1 1 。 通过对水环境的污染特征、污染物、污染源以及污染途径的分析表明：水体 中的污染物是多种多样的，其在水环境中的行为特征及其毒理性质各异；水环境 的污染方式及污染途径极其复杂；污染的控制与治理任务十分艰巨。已有的研究 结果已经证明，水体一旦污染，尤其是地下水，将很难恢复，治理费用十分昂贵， 硕十学位论文 表1 1 地下水污染途径分类 代价极大。因此，加强水质监测和水环境保护，防患于未然，将是保持未来水环 境良性循环的唯一出路。 1 6 污染物在地下水中的迂移 污染了的地下水在含水岩石中的分布是时间和空间的函数。由于污染水与洁 净水和岩石介质的相互作用，使水中污染物的含量随时间和空间而变化。这些作 用有：分子扩散，渗透分散( 或对流) ，悬浮物和乳状物的机械过滤，水稀释，物 理和化学吸附，气体逸出，固体岩石被溶解或从水中沉淀等。由于这些作用使污 染地下水在渗透介质的运移过程中，逐渐改变自己的浓度和成分，扩大污染范围。 其中某些污染物可以完全地或部分地从水消失( 如由于机械扣留、吸收、沉淀等 作用) ；而另一些组分可能增加自己的数量( 如从岩石中溶滤而来) ，或由于化学 黄兴镇硫酸锰行业地r 水污染及其治理研究 反应而形成新物质；还有一部分组分在随地下水的运移中，即不减少也不增加， 可以无限期的在水中迁移，这种物质可以称为“中性组分”。因此污染地下水运移 过程中污染物的变化规律是相当复杂的。 1 6 1 污染物在地下水中的运移机制 主要包括溶质的对流、扩散、机械弥散以及土壤基质对溶质的吸附解吸等作 用： ( 一) 溶质的对流 地下水在含水层中运动，携带着溶质，溶质随地下水的运动称为溶质的对流。 ( 二) 弥散 弥散是指多孔介质中两种流体相接触时，某种物质从含量较高的流体中向含 量较低的流体迁移，使两种流体的分界愿处形成一个过渡混合带的现象，混合带 不断发展扩大，趋向于成为均质的混合物质。引起弥散的作用主要有渗透分散和 分子扩散作用。 ( 三) 综合吸收 使地下水中污染物浓度发生变化的其他作用( 如机械过滤、物理化学吸附、 溶解沉淀等作用) 成为综合吸收作用。 1 6 2 污染物在地下水中迁移的数学模型及其研究进展 求解溶质运移方程非常困难，其解析解很难求出，一般采用数值方法求其数 值解。数值法包括有限差分法、有限单元法、边界单元法和有限分析法等多种方 法。利用数值方法进行地下水资源评价与管理通常分两个阶段进行，第一阶段为 解逆问题，即根据抽水试验或实际开采的流量和水位资料，进行数值计算，求出 水文地质参数，验证数学模型；第二阶段为解正问题，进行地下水资源评价与管 理【2 7 】。虽然经过了近5 0 年的发展，国内外水文地质工作者已在这一领域取得了许 多成绩，利用数值模型成功地解决了各种各样的问题，但仍有不少缺陷存在于这 两个阶段中。 2 0 世纪7 0 年代以来，随着计算机技术和应用数学的发展，许多学者把运筹 学中最优化技术植入逆问题求解模型之中。诸如梯度法、线性规划、二次规划以 及共轭梯度法等。但是，8 0 年代以后，参数识别和估计长期进展不大，其主要原 因在于所建的数学模型难以反映实际条件，往往所求得的参数与实际相差甚远。 这是由现场水文条件的非均质性决定的；另外，由于超前于实际应用，理论研究 往往得不到现场的反馈信息，反过来也影响了理论研究的深入【2 7 ，。 模型的实际应用中，y e h 【：。，将参数识别概括为两种方法：分区法和插值法。分 区法较为简单实用，插值法要求资料丰富，而且计算量较大。尽管分区法和插值 法在实际应用中取得过满意的效果，但这两种方法都存在需要进一步解决的问题。 硕士学位论文 在利用模型对地下水资源进行管理方面，地f 水管理模型的构模方法分为嵌 入法和响应矩阵法。求解管理模型的方法也多种多样。2 0 世纪7 0 年代，线性规 划广泛应用于求解地下水管理模型。8 0 年代以后，包括动态规划在内的多种非线 性规划技术得到了迅速发展，并很快的应用于求解地下水的管理模型。这些非线 性规划技术都是基于梯度寻优的方法，它们要求目标函数和约束条件连续可导， 且这些方法仅能求得局部极值点，同时由于一方面地下水尤其是非承压含水层管 理模型的可行域常表现为非凸集，另一方面其价格函数可能不连续可导。因此， 传统的基于梯度寻优的方法并不适用于多种复杂地下水系统的管理问题1 2 7 1 。 近二三十年来，随机理论已迅速的应用于地下水资源评价与管理研究领域， 特别是在地下水污染物质运移方面，已得了一批具有突破性的成果。随机理论在 地下水污染物运移中的研究成果改变了人们对化学物质在地下水中运移、弥散的 传统认识。由于其切合实际需要，因而发展迅速，成为近年来地下水运移模型研 究中的热点问题。而在我国，无论是非均质性研究还是随机理论的应用，基本上 还都是空白。总体上看，国外在随机方面的研究尽管进展很快，但目前仍处于理 论研究阶段，用于解决实际问题的，尤其是成功解决的还很少，主要原因是模拟 结果于实际结果相差比较大。国内在开展这项工作时，建议一开始就要强调和注 意应用研究，才有利于赶超国际水平 2 9 ，。 1 7 地下水质监测 1 7 1 地下水的采样 地下水质监测是进行地下水环境质量评价的基础工作，也是研究和预测地下 水质量变化的重要手段。由于地下水参与了整个水文循环过程，大气降水、河流 湖泊以及人为活动所产生的污废水对地下水质的改变起着重要的作用。由此，对 大气降水、河水、污水的监测，在没有监测站的地区，应在地下水主要补给区和 排泄区适当设置少量的监测点，已取得进行评价所必需的监测资料。 布置地下水质监测网，应当充分考虑监测区( 段) 的环境水文地质条件、地 下水资源的开发利用状况、污染源的分布和扩散形势以及区域地下水的化学特征。 监测的主要对象应是污染危害性大和排放量大的污染源、重点污染区和重要的供 水水源地。污染区观测点的布置方法应根据污染物在地下水中的存在形式来确定。 污染物的扩散形式可按污染途径及水动力条件分为以下几类： ( 1 ) 渗坑、渗井的污染物随地下水流动而在其下游形成条带状污染，这是有 害物质在含水层渗透性能强、渗透速度快的地区扩散的特点。监测点的布置，应 沿地下水流向，用平行和垂直监测断面控制，其范围包括重污染区、轻污染区以 及污染物扩散边界。 黄兴镇硫酸锰行业遣卜- 水污染及其治理研究 ( 2 ) 点状污染扩散，是渗坑、渗井在含水层渗透性能很弱的地区污染扩散特 点。由于地下水径流条件差，污染物迁移以离子扩散为主，运动缓慢，污染范围 小，监测点应在渗坑、渗井附近布置。 ( 3 ) 带状污染扩散，使污染物沿河渠渗漏污染扩散的形式。监测点应根据河 渠状况、地质结构设在不同的水文地质单元的河渠段上，并垂直于河渠设监测断 面。 ( 4 ) 块状污染扩散区，是缺乏卫生设施的居民区地下水污染的主要特征，是 大面积垂直污染的一种扩散形式，污染的范围和程度随有害物质的迁移能力、包 气带土壤的性质和厚度而定。污染物多为易溶的无机盐类和有机洗涤剂等，如居 民区大面积的硝酸盐污染。应当采用平行和垂直地下水流向布置监测断面。 ( 5 ) 侧向污染扩散，是地下水开采漏斗附近污染源的一种扩散形式( 包括海 水入侵) 、污染物在地下水中扩散受开采漏斗的水动力条件和污染源的分布位置的 控制。监测点应在环境水文地质条件变化最大的方向和平行地下水流向上布置。 在接近污染源分布的一侧和开采漏斗的上游，应重点监测，在整个漏斗区应适当 布置控制点。 对于监测井的选择，要选用那些正在开采使用的生产井，以保证水样能代表 含水层的真实成分，在无生产井的地区，应布置少量的水质监测孔，进行分层采 样监测。 1 7 2 监测项目的确定 水污染监测项目的确定应按照水污染的实际情况而定。根据我国城市水污染 的一般特征和当前的监测水平，按一般环境评价的要求，监测项目大体上可分为： ( 1 ) 常规组分监测 包