地下水污染与防治

地下水污染与防治王焰新中国地质大学[e-mail]中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大OutlineIntroduction:theimportanceofGWcontaminationstudiesBasicconceptsofGWcontaminationSomeadvancesinGWcontaminationstudiesIntroduction中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大水是影响人口增长和分布、经济发展、社会和政治组织以及生活质量的决定性因素。它也是引发战争和促进和平的原因。由于水资源问题在即将到来的几十年里不可能缓和，有关河流和水利用、区域水资源、水环境研究的重要性，日见显著。(图片：从圣洁的香溪河到浑浊的武钢长江水源）中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大在发展中国家，特别是在城市地区，水质普遍变差。发达国家的经验证明，水质的下降得到抑制甚至逆转的过程是缓慢的，而且花费高。美国1972年清洁水法令的推行导致点源污染的地表水水质得到明显改善。为了改善水质而作出的进一步努力将要求减少来自非点源的污染。在大多数情况下，非点源污染很难处理和识别。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大1989～2000年汉江水质状况统计中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大高锰酸盐指数79%溶解氧7%氨氮13%生化需氧量1%1989——2000年最差水质因子统计主要污染物中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大武汉市汉江各断面高锰酸盐指数变化趋势图198919901991199219931994199519961997199819992000012345CODMN(mg/L)YearLegend武汉新港武汉宗关汉口龙王庙中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大水环境中的有害物质是一个具有重要意义的问题。特别是因为陈旧的存储场地开始受到损坏,在今后20年，对有害化学废物和放射性废物的产生和储存将会受到越来越多的关注，对现有场地废物在地表和地下的运动进行模拟和监测，具有特殊重要的意义。在污染对人类健康构成威胁的情况下，开展这种模拟是极其重要的。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大1991年，美国推出了NAWQA（NationalWaterQualityAssessmentProgramUSGS(美国地质调查局)的科学家们对全国50多个河流盆地和含水层开展了资料收集和分析。该项计划的目标是建立可支持管理和决策的有关河流、地下水和水生生态系统的长期连续和可比较的信息系统。NAWQA应当能回答以下问题：1．美国的河流和地下水现状如何?2．这些河流和地下水状态随时间是如何变化的?3．自然特征和人类活动是如何影响这些河流和地下水状态的?NAWQA是如何回答这些问题的呢？中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大研究设计和方法全国统一以便在区域和全国范围内水质状态是可对比的研究是长期和周期性的以便分析水质的变化趋势，从而确定水质是变好还是变差研究工作把人类活动和自然因素与水质，水生生物和河流生境联系起来以便使研究成果对于有关水资源管理及饮用水和水生生态系统管理的决策提供帮助USGS的科学家与政府官员，资源管理者，工业界代表和其他利益相关者相互作用以便研究的发现与决策者相关联USGS的科学家来自多学科，包括水文学，地质学，生物学。地球物理，地理学和统计学以便能够分析河流盆地和含水层系统相互依赖的特性USGS有责任为所有人提供不带偏见的科学信息以便使研究的发现有多种表现形式，包括原始数据，报告，期刊论文，宣传小册子，录象带。这些成果大多是免费的。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大在地下水研究领域，国际水文地质界（尤其是美国）自二十世纪八十年代以来，把研究的重点从地下水水资源评价与管理转移到地下水污染治理上来美国已经把受污染场地中土壤和地下水污染的去除作为优先考虑的问题，并计划在未来几十年修复30~40万个场地。费用估计达5000~10000亿美元（NationalResearchCouncil,1994）。污染物质泄漏或作为污染物的处置场均可能导致土地和地下水的污染。美国管理与预算委员会估计，未来75年中，修复属于国防部、能源部、内政部、农业部及国家宇航局的受污染场地就需要2340~3890亿美元（FederalFacilitiesPolicyGroup,1995）。仅1996年美国在污染场地修复上的花费达90亿美元。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大地下水环境修复：专利和论文从美国1976-1996年与地下水和土壤污染修复技术有关的专利增长情况不难看出，自1991年后，出现了高速增长。欧美国家近10年来的水文地质研发经费的重点投向了地下水污染与环境修复技术研究。近10年来在GroundWater,WaterResourcesResearch,EnvironmentalScienceandTechnology,AppliedGeochemistry,WaterResearch，JournalofContaminantHydrology等西方水文地质、环境科学与工程类主流学术刊物上发表的与地下水有关的论文多与地下水污染有关。相比之下，我国同类研究十分薄弱。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大我国是一个缺水国家，巨大的人口压力加剧了水资源短缺的严峻形势。在我国许多地区，天然水质恶劣，如原生高氟水和高砷水的分布范围之广、危害之大实属罕见。近几十年来，人类活动造成了大面积的地下水污染，已经在我国地下水中检测出各种有机污染物、重金属污染物、氮、硫、磷污染物，使得我国“水质型”缺水形势日益严峻。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大山西大同盆地浅层地下水As(10–3mg/L)中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大砷中毒砷可对人体的呼吸道、胃、肠、肺、肝、骨骼、皮肤均有不同程度的损伤。砷可使人体正常分泌的酶失去活性，使细胞正常代谢发主障碍而导致细胞死亡，并可导致末稍神经炎、皮肤癌、肺癌。砷进入血液循环后直接作用于毛细血管壁，使其通透性增强，麻痹毛细血管，造成组织营养障碍，产生急性和慢性中毒。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大MasudKarim(2000)对孟加拉国水砷中毒患者调查后发现，最常见的是黑皮病(93.5%)，角化症(68.3%)，角化过度(眼角膜细胞增多)(37.6%)和leuco-melanosis(39.1%)。癌症患者0.8%，光化角膜炎和波纹氏病3.1%。孟加拉国水砷中毒患者（引自Md.MasudKarim，2000)中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大砷中毒引起的皮肤癌（波纹氏病）中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大图1全球范围内主要高砷地下水以及采矿和地热引起的水和环境问题分布（Smedley,2002）蓝色代表湖泊中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大全球20多个国家存在地下水砷异常导致砷中毒的国家中，比较严重的是分布于亚洲的三个国家（图2），按顺序依次为孟加拉国、西孟加拉邦（WB，印度）和中国。局部地下水砷异常的国家越来越多，每年，都有来自亚洲国家的关于水砷污染的报道（图3）。由于砷不是实验室水质常规分析的元素，所以，漏掉了很多高砷水。饮水标准中砷含量的修订，导致许多国家的水质需要重新评价。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大（1）波兰；（2）安大略湖，加拿大；（3）新西兰；（4）西班牙；（5）匈牙利；（6）美国俄勒冈州西部；（7）科尔多瓦，阿根廷；（8）Lagunera，墨西哥；（9）台湾；（10）Antofagasta，智利；（11）LassenCounty，美国中部；（12）斯里兰卡；（13）新斯科舍省，加拿大；（14）菲尔班克斯，阿拉斯加州（美国州名）；（15）MillardCounty，犹他州；（16）Fallon,内华达州（美国西部内陆州）；（17）内蒙古，中国；（18）新疆Utghur，中国；（19）孟加拉国；（20）西孟加拉邦，印度。图2全球有文献记录的地下水砷污染地区（引自D.Chakraborti,2002）中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大图3.亚洲高砷地下水影响地区（引自D.Chakrabortietal.,2002）（1）新疆；（2）吉林；（3）辽宁；（4）内蒙古；（5）宁夏；（6）山西；（7）Jhelum,巴基斯坦；（8）Gujrat,巴基斯坦；（9）孟加拉国；（10）尼泊尔；（11）贵州，中国；（12）台湾，中国；（13）河内,越南；（14）缅甸；（15）老挝；（16）西孟加拉邦，印度（17）柬埔寨；（18）Ronphibun，泰国中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大全球典型地砷病区孟加拉国的砷中毒被认为是人类历史上最严重的水安全事件之一，将可能造成孟加拉国国1.3亿贫困人口中10％的成年人在未来死亡。饮用地下水砷的浓度最高达3.7mg/L（SracekA.，1998）。Gausetal.(2003)对孟加拉国3534个饮用水井调查分析后，估计饮水砷0.05mg/L高砷暴露人口大约为3500万人，饮水砷10μg/L高砷暴露人口高达5700万。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大我国饮水型砷中毒分布特征统计显示：我国地方病多发生在环境保护较差及经济不发达的地区（图4）。全国592个国家扶贫工作重点县中，有576个是地方病流行的重病区（中新社，2004）。115万地方性砷中毒病区人口需要改水。中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大图4我国地方性砷中毒的类型与分布（引自侯少范等，2002）中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大BasicConceptsofGroundWaterContamination中国地质大学·环境学院SchoolofEnvironmentalStudies-CUG2005-7-25武大一、地下水污染物的概念在研究中，有的人往往把组分浓度高者定为污染物，而根本不去追究其