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1、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_ 13953162318,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。,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，
2、则地下水的透明度有所改变。,地下水的物理性质,味道,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。,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、
3、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 +C022HCO3-+ Ca2+ MgCO3+ H2O +C022HCO3-+Mg2+
4、 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
5、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,8 pH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：,9 矿化度 是指地下水中所含盐分的总量。通常是指在 105110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：,10 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
6、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
7、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
8、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
9、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（Permanent Organic Pollutants POPs）。 POPs一般具有较强的毒性，严重
10、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
11、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
12、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
13、。 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
14、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。,谢谢,
