地下水盐污染

地下水硬度升高问题的探讨

一、关于硬度的基本理论二、地下水硬度升高机理研究综述三、高硬度地下水处理技术一、关于硬度的基本理论1、定义：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等碱土金属离子的总和来量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金属离子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+来量度。2、计算方法：Ca2+和Mg2+的毫克当量总数乘以50，以CaCO3表示，其单位是mg/L。3、水中硬度不同的表示方法：在世界各国，水中硬度有不同的表示方法：1德国度=17.8mg/L(CaCO3)1法国度=10mg/L(CaCO3)1英国度=14.3mg/L(CaCO3)1美国度=1mg/L(CaCO3);过去我国一直沿用德国度mg/L（CaO）表示水的硬度，目前已改用mg/L（CaCO3）4、硬度的分类：硬度也称总硬度，它是碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度的总和，即硬度分为碳酸盐和非碳酸盐：①碳酸盐硬度（暂时硬度）：指Ca2+和Mg2+与CO32-和HCO－3结合的硬度，以CO32-和HCO-3毫克当量数总和乘以50得到，如所得数值大于总硬度，其差值为负硬度。水煮沸时，与CO32-和HCO-3结合的那部分Ca2+和Mg2+，由于产生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暂时硬度。

②非碳酸盐硬度（永久硬度）：总硬度与碳酸盐硬度的差值（正值）为非碳酸盐硬度。非碳酸盐是指与Cl-、SO2-4和NO-3结合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。5、地下水硬度升高的化学机理：地下水硬度主要以钙镁含量来表征，因此硬度升高的机理实际上是钙镁升高的机理。其主要是来源于土壤及其下层沉积物的钙镁易溶盐、难溶盐及交换性钙镁离子。就其化学机理而论，促使固相中的钙镁向水中转移的化学作用有以下三种：（1）阳离子交替吸附作用

在一定条件下，岩石颗粒吸附地下水中的某些阳离子，而将其原来吸附的某些阳离子转入水中，从而改变了地下水的化学成分，这一作用称为阳离子交替吸附作用。如MgCl2+Ca2＋CaCl2+Mg2＋（水溶液）（吸附体）（水溶液）（吸附体）自然界中，阳离子交替吸附占优势，而阴离子交替吸附不占优势。由于自然界岩石中的吸附体主要是胶体，而胶体主要是带负电荷的。影响阳离子交替吸附作用的主要因素有：岩石的粒度、交替阳离子的性质、离子浓度、pH值。（2）钙镁易溶盐的溶解众所周知，钙镁易溶盐在土壤中广泛存在，它们的溶解度都较大。它们都很易溶于水，随入渗带到地下水中去。在城市地区，无论是固体垃圾，或是受污染的表层土壤，都积聚大量的易溶盐。（3）钙镁难溶盐的溶解这里主要是指难溶钙镁碳酸盐的溶解。在包气带土壤及下层沉积物里，在包气带土壤及其下层沉积物里，往往有丰富的钙镁碳酸盐。钙镁碳酸盐的溶解，决定于二氧化碳分压的升高。在城市地区，由于地表环境的污染，有机物分解可产生大量二氧化碳，二氧化碳溶于水使下渗水的二氧化碳分压升高，从而使水中的含量升高，PH值降低使得钙镁碳酸盐产生溶解。6、总硬度升高的地下水化学特征地下水硬度升高已成为城市地区一个普遍的地下水污染问题，其特点可归纳如下：

（1）污染普遍且污染范围大在我国的一些大中城市，特别是北方的一些大中城市，如北京、沈阳、西安、石家庄等，均出现大面积的地下水总硬度升高的现象。

（2）硬度的变化和其他化学组分的关系随着硬度的升高，往往其他化学组分也升高，特别是、、和总溶解性固体，有时、也升高。所以说，硬度升高是地下水盐污染的特征参数。

（3）总硬度升高的化学类型特点硬度升高，水化学类型也随之变化。当硬度小于450mg/L时，多为型水，而当硬度大于535mg/L时，主要为-Cl型水，硬度更高时主要为Cl-水中间基本上不出现-型水。6、地下水硬度升高的影响

在日常生活中，用硬水洗衣物不仅肥皂不易起泡沫，丧失了去污能力，而且还能使纤维变硬、发脆，损坏衣物。用高硬水洗澡后，头发、皮肤有发粘的感觉。用硬水煮豌豆、蚕豆，不易煮熟烧烂。硬水使壶底结垢1cm厚，比无垢水壶烧水多耗费约1/3的燃料。当一个人长期饮用低硬水一旦改用高硬水时，就可能出现暂时性的肠胃功能紊乱。近年来，饮用水硬度升高，是肾结石发病率增长的一个原因。另外，有人根据国内外一些城市的调查，得出结论认为饮用水硬度与心血管病死亡率成正比。在工业生产上，纺织印染工业使用硬水，既浪费肥皂，印染物又容易起斑点、生垢、发花、色彩黯淡、洁白度下降，从而造成次品及废品，增加了生产成本。用硬水酿造果酒和啤酒，易产生混浊和沉淀，降低酒的质量。硬水不能用来进行化学实验，也不能制取化学试剂、药品和针剂。锅炉使用硬水，就会在炉内和管道上生成水垢，不但耗费燃料，而且还影响锅炉寿命，甚至会引起爆炸事故。二、地下水硬度升高机理研究综述国内外地下水硬度演化的趋势Localareainforeigncountries：Medianhardnessandsodiumlevelsingroundwaterwerecalculatedfor224Texascountiesfrommeasurementsat7228waterwell.Thedataweremappedandanalyzedwithageographicinformationsystem.Countymedianhardnesslevelsvariedwidely,from4-2304mg/L.Morethan60%ofthecountieshadhardnessmediansabove180mg/L.SeveralfactorscontrolhardnessandsodiumwasobservedinTexasaquifersincludingrockcomposition,groundwaterchemicalevolution,bablehumancontrolsincludeagriculturalreturnflowandpumping-inducedsaltwaterintrusion.

WaterhardnessandsodiumtrendsinTexasaquiferbyPaulF.HudakThehydrogeochemistryof26wellsbelongingtotendifferentaquifersinthecountyofEnsenada,BajaCalifornia,isstudied.Thesewellsareallusedtosupplytheruralcommunitiesintheregion,whichcomprise~37,000inhabitants,excludingthecityofEnsenada.Hightotaldissolvedsolids(TDS)concentrations(maximum7.35gl−1)indicatethatsaltisaubiquitouscontaminantintheaquifersduetoseawaterintrusion.TheconsequenceisthatWaterishardtomoderatelyhard.Fluoride,nitrateandwaterhardnessingroundwatersuppliedtotheruralcommunitiesofEnsenadaCounty,BajaCalifornia,Mexico.1、工业废水和城市生活污水对地下水硬度的影响（1）例证：研究表明,工业废水如果不加处理,将对地下水造成严重污染。Mohammd以印度阿里格尔市为例,构建了HACH模型,计算的地下水硬度最高值为648mg/L,进一步分析得出工业废水、金属加工废水和生活污水的过量排放是导致地下水硬度升高的主要原因。Ratha等采用线性判别分析和偏相关方法分析了印度采矿淋滤液和矿石加工污水对地下水的影响,样本分析结果显示地下水的硬度和电导率偏高。另外,印度班加罗尔地区工业废水排放是导致地下水中硝酸盐和硬度过高的主要原因。（2）工业废水：酸性工业废水入渗经过土壤时,土壤中部分钙镁盐转化生成游离的Ca2+、Mg2+,从而诱发地下水硬度的升高。这是由于pH值可以反映地下水中的酸碱度，如果地下水处于酸性环境中，地下水对碳酸盐的溶滤作用就会大大加强，引起钙镁碳酸盐岩的溶解度加大，从而使大量的Ca2+、Mg2+进入地下水，地下水硬度升高。（3）城市生活用水：研究发现,城市生活污水、废物垃圾与土壤中有机质等,在微生物作用下发生降解作用,厌氧分解产生大量CO2,促进了CaCO3的溶解,导致浅层地下水硬度升高。人类活动产生的生活废弃物进入土壤,在土壤中发生机械过滤、离子吸附与交换、硝化等作用有利于Ca2+、Mg2+难溶盐的溶解,引起地下水总硬度升高。

焦作地区pH值与总硬度变化关系焦作地区溶解性总固体与总硬度变化关系2、垃圾渗滤液对地下水硬度的影响我国85座城市地下水水质监测资料显示,地下水的总硬度、NO-3和TDS等严重超标。试验表明,1kg生活废弃物氧化淋滤后可产生2.8gCa2+、Mg2+。垃圾渗滤液对地下水的污染主要表现为Cl-、Na+、NH+4、总硬度、溶解性总固体、COD和磷酸盐的污染。此外,矿区地表大量堆积的煤矸石、粉煤灰、矿渣等固体废弃物,通过降水淋滤作用,使地下水中Ca2+、Mg2+含量偏高,进而引起硬度升高。这是由于工业垃圾通过淋滤作用使得地下水中的溶解性总固体升高，从而会引起硬度的升高。溶解性总固体对硬度的影响主要体现在两方面:一是溶解性总固体升高说明有更多的污染物进入地下水中，这些污染物中Ca2+、Mg2+直接引起硬度的升高;另一方面通过盐效应使得总硬度增加，即溶解性总固体增加，水中的各种离子的总量增加，引起离子强度增加，活度减小，进而导致CaCO3、Mg-CO3溶解度的增加，更多的Ca2+、Mg2+进入地下水，最终致使地下水的硬度增加。3、不合理开发利用对地下水硬度的影响由于地下水过量开采引起的地下水动力场的变化，对地下水硬度的升高也有一定的促进作用。长期的过量开采，使得一个区域地下水的水位不断下降，从而引起地下水硬度升高的原因有如下两个方面：一方面使得大气降水及地表水补给地下水的周期变长，补给路径变长，对矿物质的冲刷时间变长，易于矿物质的溶解，从而使更多的Ca2+、Mg2+进入地下水引起硬度升高。另一方面使得含水层变薄，含水层对这些离子的稀释作用变弱，使得地下水硬度进一步升高。综上，一个地区地下水硬度污染严重，主要是由工矿企业污废水不合理排放以及不合理开发地下水引起的。

一方面，污废水不合理排放使得进入地下水的污染物增加，其中包含大量的Ca2+、Mg2+，直接引起浅层地下水硬度升。

另一方面，污废水排放和地下水不合理开发利用改变了地下水化学场和动力场。对地下水总硬度的升高，具有促进作用的化学场变化主要有pH值减小、溶解性总固体增加、CO2分压升高、入渗水中Na+增加，这些变化引起含钙镁的矿物质溶解度增加，Na+与吸附性Ca2+、Mg2+的阳离子交换作用增强，进而引起地下水硬度升高。

动力场的变化主要是地下水水位下降，补给路径变长，使得大气降水、地表水在入渗的过程中，对矿物质的冲刷作用以及阳离子交换作用增强，同时地下水含水层变薄，稀释作用减弱，引起地下水硬度增加。三、高硬度地下水处理技术1、离子交换软化法离子交换法就是将水连续通过阳离子交换体，使离子交换剂中的钠离子或氢离子与组成水质硬度的钙镁离子进行交换，钠或氢离子被钙镁离子所取代，从而使得水质软化的效果。钠离子交换软