地下水污染及治理技术总结课件

地下水污染及治理刘桂建中国科学技术大学2014年地下水污染及治理刘桂建主要内容水环境质量评价概述评价方法分析评价方法应具备的特点评价方法的发展趋势地下水相关概念地下水污染及污染源地下水污染途径地下水保护与治理措施主要内容主要内容水环境质量评价概述评价方法分析评价方法应具备的特点评1地下水及相关概念地下水是存在于地表以下岩（土）层空隙中的各种不同形式水的统称。据估算，全世界的地下水总量多达1.5亿立方公里，几乎占地球总水量的十分之一，比整个大西洋的水量还要多！1地下水及相关概念地下水是存在于地表以下岩（土）层空隙中的地下水的重要性09年中国地下水开采总量1098亿立方米，占总供水量的18%。在全国657个城市中，400多个以地下水为饮用水源，约占城市总数的61%,70%的人饮用地下水。北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。在没有新水源的情况下，失去了地下水，也就意味着生存危机。地下水的重要性09年中国地下水开采总量1098亿土或岩石的孔隙中充满水的地带称饱水带，地下水称饱和带水。未被水充满的地带称为包气带，地下水称为包气带水。包气带存在的局部饱和带水称为上层滞水。含水层：给出并透过相当水量的岩土层。隔水层：不透水但可含水的岩土层。滞水层：弱透水的岩土层。含水层的形成条件：岩土层有较大空隙；为隔水层所限；有补给来源。1.1相关概念土或岩石的孔隙中充满水的地带称饱水带，地下水称饱和带水。未被分选不良含泥、砂的砾石分选良好排列疏松的砂分选良好排列紧密的砂部分胶结的砂岩具有溶隙的可溶岩具有裂隙的岩石岩土空隙松散沉积物中的孔隙连通性好坚硬岩石中的裂隙分布不均匀可溶性岩石中的溶隙连通性差分选不良含泥、砂的砾石分选良好排列分选良好排列部分胶结的砂岩埋藏条件：包气带水潜水承压水含水介质：孔隙水裂隙水岩溶水气态水固态水重力水毛细水液态水非结合水弱结合水强结合水结合水水在岩土中的存在形式1.2地下水的分类埋藏条件：含水介质：气态水固态水重力水毛细水液态水非结合水弱地下水埋藏类型示意图水量不大但季节性变化强烈补给区和分布区是一致的一般矿化度低但水质最易受污染上层滞水水量不大，但其常常是引起土质边坡滑坍，地基、路基沉陷、冻胀等病害的重要因素含水层承压水井承压水位自流水井隔水层潜水位潜水井包气带水的特征地下水埋藏类型示意图水量不大但季节性变化强烈含水层承压水井承潜水埋藏示意图潜水：埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱水带中的重力水特征:与大气相通，具自由水面，补给区与分布区一致，动态受气候影响较大。潜水面形状受地形影响。潜潜水：埋藏于地表以下，第一个稳定隔水层之上具有自由水面的饱潜水面的特征潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面潜水面的起伏经常与地形一致，只是比地形起伏平缓一些；潜水面与地表面的形态具有相似性含水层厚度变大时，潜水面坡度变缓岩层透水性变好时，潜水面坡度变缓潜水面的特征潜水面一般呈倾斜的各种形态的曲面潜水的补给与排泄大气降水河流补给潜水泉潜水补给河流潜水的补给与排泄大气降水河流补给潜水泉潜水补给河流潜水等水位线图可解决如下问题：1确定潜水流向2确定潜水的水力坡度3确定潜水的埋藏深度4确定潜水与地表水的关系

虚线－潜水等水位线实线－地形等高线潜水等水位线图可解决如下问题：虚线－潜水等水位线

承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的地下水，它承受一定的压力，当钻孔打穿上覆隔水层时，水能从钻孔内上升到一定的高度。2、承压水（Confined/artesiangroundwater）下隔水层上隔水层承压水承压水头线承压水是充满于上下两个隔水层之间的含水层中的a.

补给区：补给区的上部没有隔水层，该区地下水具有自由水面，实际上与潜水没有区别，该区可以直接接受降水及地表水的补给。

承压水：具有承压性质，含水层分为补给区、承压区及排泄区三个部分。

b.承压区：系指上下均有隔水层被水充满的含水层。其主要特征是：

承受静水压力具有压力水头；

由于承压区与补给区在地域上不一致，故其性质受当地气象水文因素影响较小，参与水文循环远不如潜水积极，水流动态较为稳定，一旦过量开采不易补充恢。复c.排泄区：系指承压水流出地表或流向潜水的地段。承压水常以地表水、潜水、泉水的形式排出。a.补给区：补给区的上部没有隔水层，该区地下水具有自由水面承压水含水层的补给与排泄示意图承压水含水层的补给与排泄示意图承压水（自流水）的循环承压水的形成：向斜构造和单斜构造承压水的补给区和分布区不一致补给区远小于分布区径流条件的好坏与地形条件、含水层的透水性、补给区与排泄区的水位差、承压含水层的挠曲程度等有关最适宜形成承压水的地质构造有：向斜构造单斜构造承压盆地承压斜地承压水（自流水）的循环承压水的形成：向斜构造和单斜构造径流条承压盆地：水位受到气候及地形的控制，往往具有较好的径流条件。岩性变化形成承压斜地断裂构造形成承压斜地承压盆地：水位受到气候及地形的控制，往往具有较好的径流条件。承压水的补给与排泄承压水的补给与排泄按水头性质分：上升泉下降泉按出露原因分：侵蚀泉接触泉断层泉泉：地下水在地表的天然露头按水头性质分：泉：地下水在地表的天然露头西藏热水井喷发西上游

河床中砂砾石，是良好的含水层。中游

河漫滩沉积有上细（粉细砂、黏性土）下粗（砂砾）的二元结构，上层构成隔水层，下层为承压含水层。下游

滨海平原上为潜水，埋藏浅不利于工程建设，下部多层承压含水层。不同含水层空隙中的地下水

冲积物中的孔隙水上游河床中砂砾石，是良好的含水层。不同含水层空隙中的地下裂隙水按成因：风化裂隙水成岩裂隙水构造裂隙水按埋藏条件：面状裂隙水层间裂隙水脉状裂隙水裂隙水按成因：岩溶水特点：空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中。岩溶水特点：空间分布极不均匀，动态变化强烈，流动迅速，排泄集中国地下水水文地质条件中国东部冲积平原水文地质条件地表地形平坦厚层的冲积成因的沉积物沉积物中河床相沉积由砾石到砂组成透水性大接受大气降水和地表水的渗入补给成为良好的含水层有丰富的地下水冲积层较薄的

南方冲积平原冲积层为颗粒较粗的砂砾石组成二元结构明显补给条件好含水层富水性好地下水埋深浅水质为弱矿化淡水中国地下水水文地质条件中国东部冲积平原水文地质条件地表地形平安徽地下水水文地质条件华北平原巨厚沉积层结构复杂以河北平原的水文地质特征为代表第四纪沉积厚度变化总趋势是由山前的200～300m到中部的400～600m，到滨海600～700m或更厚沉积层中有多个砾石－砂含水层埋藏有丰富的地下水含水层由粗变细，地下淡水由多变少，水深呈规律性变化安徽地下水水文地质条件华北平原巨厚沉积层结构复杂物质硬水低铁高铁

硫化氢锰化物腐植酸盐硫细菌颜色浅蓝淡灰锈色翠绿暗红暗黄灰黑红色1.3地下水的物理性质颜色，气味，味道，透明度，温度，密度，导电性，放射性过冷水（低于0℃），冷水（0～20℃），温水（21～42℃），热水（43～100℃），过热水(高于100℃)物质硬水低铁高铁

硫化氢锰化物腐植酸盐硫细菌颜色浅蓝淡灰锈色药水神泉仙人泉药水神泉仙人泉一般是无臭、无味的。当含有某些离子或某种气体时，可以散发出特殊的臭味，如：当水中含有硫化氢所气体时，水有臭鸡蛋味含亚铁盐很多时，水有铁腥气味或墨汁气味当水加热到40℃以上时气味更显著味道纯水是无味的，含有其他化学成分时会有味感，如：含较多二氧化碳时清凉爽口含大量有机质物时有较明显的甜味含硫酸镁和硫酸钠时有苦涩味含氯化钠时有咸味

地下水的某种离子成分浓度愈大时味感愈强低温时不明显，20～30℃时味感显著气味1.3地下水的物理性质一般是无臭、无味的。当含有某些离子或某种气体时，可以散发出特1.3地下水的物理性质密度纯水的密度为0.981t/m3地下淡水的密度认为与纯水密度相同溶解盐分愈多，密度愈大，有的可达1.2～1.3t/m3导电性地下水的导电性取决于所含电解质的数量和质量，即各种离子的含量与其离子价：离子含量愈多，离子价愈高，则水的导电性愈强。水温对导电性也有影响。放射性地下水在特殊储藏环境下，受到放射性矿物的影响，具有一定的放射性，如：堆放废弃的核燃料，会引起周围岩土体及其中的水体带有放射性。1.3地下水的物理性质密度纯水的密度为0.981t/m3导矿化度＜1，淡水1～3微咸水3～10咸水10～50盐水＞50，卤水化学性质PH值矿化度硬度气体成分O2H2SCO2离子成分Cl-SO42-HCO3-Na+K+Ca2+Mg2+总矿化度：水中离子、分子和各种化合物的总量（g/L）。水中Mg2+、Ca2+总含量称为总硬度。水煮沸后由于CO2的蒸发使Mg2+、Ca2+的含量减少，减少部分称为暂时硬度。总硬度与暂时硬度之差为永久硬度。1.4地下水的化学性质矿化度＜1，淡水化学性质气体成分离子成分总矿化度：水中离子、天然水的化学成分目前各种水体里已发现80多种元素。天然水中各种物质按性质通常分为三大类：悬浮物质＞100nm的物质颗粒;胶体物质粒径为100-1nm的多分子聚合体;溶解物质粒径小于1nm的物质。

K+、Na+、Ca2+、Mg2+和Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-为天然水中的八大离子。还有Fe、Mn、Cu、F、Ni、P、I等重金属、稀有金属、卤素和放射性元素等微量元素；水中溶解的气体有O2、CO2、N2，特殊条件下也有H2S、CH4等。总之，无论哪种天然水，八种主要离子的含量都占溶解质总量的95-99％以上。天然水中各种元素的离子、分子与化合物的总量称为矿化度。各种溶解质在天然水中的累积和转化，是天然水的矿化过程。天然水的化学成分目前各种水体里已发现80多种元素。天然水中各地下水的化学特征地下水充填于岩石、土壤空隙中，与岩石、土壤广泛接触渗流速度很小，循环交替缓慢，而且地下水贮存于岩石圈上部相当大的深度（10公里），构成了地下水圈矿化度变化范围大，从淡水直到盐水。在淡水中阴离子以HCO3-¯为主，阳离子以Ca2+为主。随着矿化度的增加，阴离子按HCO3-→SO42-→Cl¯次序递增；阳离子中Na+的含量增多，逐渐代替Ca2+成为主要成分，而且Mg2+的含量稍有增加。地下水的化学成分的时间变化极为缓慢，常需以地质年代衡量。地下水与大气接触有很大的局限性，仅限于距地表最近的含水层，然而地下水中CO2的含量比较多，因为生物的呼吸、有机质的分解，使土壤空气中CO2的含量可达1－7％。如果地下水交替缓慢，则氧很快耗尽，成为还原环境。围岩中若含有机质，则地下水便富集H2S、CH4等气体。地下水的化学特征地下水充填于岩石、土壤空隙中，与岩石、土壤广1.5地下水的形成条件(1)岩层要具有能容纳重力水的空隙(2)具有储存和聚集地下水的地质条件岩层下有隔水层，使水不能向下漏失；水平方向有隔水层阻挡，以免水全部流空。只有这样才能使运动在岩层空隙中的地下水长期储存下来，并充满岩层空隙而形成含水层。(3)具有充足的补给来源1.5地下水的形成条件(1)岩层要具有能容纳重力水的空隙1.5地下水的矿化作用溶滤作用：

土壤和岩石中某些成分进入水中的过程。吸附性阳离子交替作用：天然水中离子从溶液中在转移到胶体上是吸附过程。H+＞Fe3+＞Al3+＞Ba2+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞NH4+＞Na+＞Li+氧化作用：

围岩的矿物氧化和使水中有机物氧化。

2FeS2+7O2+2H2O=2FeSO4+2H2SO412FeSO4+3O2+6H2O=4Fe2(SO4)3+2Fe2O3·3H2O

游离的硫酸进而侵入围岩中的CaCO3。

CaCO3+H2SO4=CaSO4+CO2↑+2H2O1.5地下水的矿化作用溶滤作用：1.5地下水的矿化作用还原作用：天然水若与含有机物的围岩（油泥、石油等）接触，或受到过量的有机物污染，碳氢化合物可以使水中的硫酸盐还原。

CH4+CaSO4=CaS+CO2↑+2H2OCaS+CO2+H2O=CaCO3↓+H2S蒸发浓缩作用：在干旱地区，内陆湖和地下水正在经历盐化作用。蒸发浓缩沉积顺序是Al、Fe、Mn的氢氧化物，Ca、Mg的碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐，Na的硫酸盐，Na、K的氯化物，Ca、Mg的氯化物，最后为硝酸盐。混合作用：雨水渗入补给地下水，地下水补给河水，河水注入湖泊或大海，河口段的潮水上溯，滨海含水层的海水入侵等，都是天然水的混合。1.5地下水的矿化作用还原作用：天然水若与含有机物的围岩（2地下水污染概念凡是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。辨析产生地下水污染的原因是人类活动，尽管天然地质过程亦可导致地下水水质恶化，但它是人类所不可防止的、必然的，我们称其为“地质成因异常”。地下水污染的结果或标志是水质不断恶化方向发展，不是只有超过水质标准才算污染，有达到或超过水质标准趋势的情况亦算污染。如此定义，为了强调水质恶化过程，便于防治。2地下水污染概念2013年初山东省潍坊市昌乐县因一家猪养殖场连续九年直接排放污水，引起人们的关注。被污染的地下水粪大肠菌群指标超过国家标准的50多倍。潍坊众多中小企业凿井排污在当地已非秘密，打井灌污甚至形成一条初具规模的地下产业链。据潍坊市下属县级市寿光市环保局资料，截至2012年上半年，整个寿光市日排放废水量已达25万吨。触目惊心的地下水污染2013年初山东省潍坊市昌乐县因一家猪养殖场连续九年直接排放触目惊心的地下水污染12年12月31日山西长治市潞安市山西天脊煤化工集团股份有限公司发生一起苯胺泄漏事故。五天之后，山西省环保厅才获知消息。经调查，苯胺泄漏总量为319.87吨，流出厂区134.29吨，其中流入浊漳河8.76吨。事故导致河流下游的饮用水被严重污染，波及河北邯郸、河南安阳等地。触目惊心的地下水污染12年12月31日山西长治市潞安市山西天地下水污染及治理技术总结课件地下水污染及治理技术总结课件城市地下水过半遭严重污染，农村更为严重。数据表明，中国水资源总量的1/3是地下水，在中国，只有不到11%的人能喝到符合我国卫生标准的水。在饮用自来水的2亿人中，1.1亿人饮用的是高硬度水，7000万人喝的是高氟水，3000万人则喝着高硝酸盐水。触目惊心的地下水污染城市地下水过半遭严重污染，农村更为严重。触目惊心的地下水污染触目惊心的地下水污染一份由公益人士制作的“中国癌症村地图”正在互联网上被关注，村子数量被认为超过200个。此前，地下水污染导致癌症高发甚至牛羊绝育的报道，在诸多地区出现。触目惊心的地下水污染一份由公益人士制作的“中国癌症村地图”正触目惊心的地下水污染

核心提示：

中国是地方病流行较为严重的国家，致病原因一般认为与饮用水有关。北京大学城市与环境学院专家介绍，监测资料显示，基本清洁的城市地下水只占全部的3%，有64%的属于严重污染。

触目惊心的地下水污染核心提示：触目惊心的地下水污染触目惊心的地下水污染触目惊心的地下水污染

据《全国重点地方病防治规划(2004～2010年)》显示，截至2003年底，全国有氟斑牙患者3877万人，氟骨症患者284万人，地方性砷中毒患者9686人，大骨节病患者81人，潜在型克山病患者2.99万人，慢型克山病患者1.09万人。地方病与环境地质因素密切相关，尤其是地下水，如高氟、砷水是地氟、地砷病最主要、最直接的致病原因。

触目惊心的地下水污染据《全国重点地方病防治规划(2004～地下水污染及治理技术总结课件触目惊心的地下水污染要根治地方病，就必须治地下水，但随着中国地下水面临越来越多的地表污染的威胁——“这是一种更大范围的污染，影响的人群更广泛，更难治理。”

公众环境研究中心主任马军说。

触目惊心的地下水污染要根治地方病，就必须治地下水，但随着中国地下水污染的问题最近再次引发人们的强烈担忧，几乎每天都有各地的污染报道。地下水污染的问题最近再次引发人们的强烈担忧，几乎每天都有各地我国地下水污染状况分布地下水污染表现为北方城市重于南方城市的特点，主要分布在华北平原、松辽平原、江汉平原和长江三角洲等地区。分布我国地下水污染状况分布地下水污染表现为北方城市重于南方城市的东北地区重工业和油田开发区地下水污染严重。东北地区的地下水污染，不同地区有不同特点。华北地区地下水污染普遍呈加重趋势，由于人类经济活动强烈，从城市到乡村地下水污染比较普遍。西北地区地下水受人类活动影响相对较小，地下水污染总体较轻。南方地区地下水水质总体较好，但局部地区污染严重。我国地下水污染状况东北地区重工业和油田开发区地下水污染严重。东北地区的地下水污中国地下水污染状况图中国地下水污染状况图地下水污染源分类按时间动态连续性污染源间断性污染源瞬时性污染源分类按行业或部门活动工业污染源农业污染源生活污染源区域性水体污染源分类按空间分布特征点状污染源带状污染源面状污染源用于评价和预测污染物的运移用于评价地下水污染的范围，便于采取相应的保护措施便于掌握地下水的污染特征地下水污染源分类分类分类用于评价和预测污染物的运移用于评价地地下水人为污染源点源污染、线源污染、面源污染工业污染工业三废(废水、废气、废渣)直接排放农业污染土壤中剩余农药、化肥、动植物遗体的分解以及不合理的污水灌溉海水入侵地下水淡水的过量开采"入不敷出"，导致海水入侵。生活污染大量塑料、金属、电池等不可消化的垃圾，农村污水、垃圾直排地下水人为污染源点源污染、线源污染、面源污染工业污染工业三废工业污染源工业污染源1994年淮河支流颍河水系内工矿企业每天排放废水129.2万吨，城镇生活污水排放量达45.5万吨，二者合计175万吨，几乎完全不经处理便直接排放。污染物的排放量：化学需氧量18.8万吨，悬浮物12.2万吨，重金属18.5吨，挥发酚92.4吨，氰化物9.8吨，砷4.8吨。污水除了使颍河污染外，郑州、平顶山、许昌、漯河和阜阳等市的市区及河道两岸的地下水遭受了挥发酚、汞、氰化物、砷、六价铬和重金属污染。工业污染1994年淮河支流颍河水系内工矿企业每天排放废水129.2万储存装置和输运管道的渗漏

实例1山西某农药厂管道的渗漏，使大量的三氯乙醛进入饮用的含水层中，迫使水源地报废。目前虽修复了管道，切断了污染源，但已进入含水层的三氯乙醛在对流弥散作用下不断扩大污染范围，虽然污染物浓度有所下降，但仍达4mg/l。储存装置和输运管道的渗漏实例1储存装置和输运管道的渗漏

实例2地下储油罐及地下油库等渗漏美国休斯顿已发现排污管道输送的污水有1/8被渗漏。美国液态废物的深井废物处置，已使美国1000多口井受到了污染，已有700多种化学污染物从地下水中检测出来，其中有的是致癌物质。储存装置和输运管道的渗漏实例2工业污染污水灌溉：污水灌溉面积从1963年的63万亩发展到1998年的5427万亩，占全国灌溉总面积的7.3％；由于污水处理水平低，导致部分农田土壤、地下水受到污染。工业污染污水灌溉：农业污染源农田施肥不合理:我国化肥施用量为4339.5万吨(2002)，占世界的30%；发达国家化肥利用率达50%-60%，而我国只有30%左右；大量的化肥N等物质通过挥发、淋失进入水体，导致地表水富营养化、地下水的硝酸盐富集等。农业污染源农田施肥不合理:大量的化肥N等物质通过挥发、淋失进农药施用不合理:我国农药年使用量约为30万吨，每公顷耕地农药用量达39.3kg；30-40%农药被作物吸收，其余的大多进入水体、土壤及农产品中。农业污染源30-40%农药被作物吸收，其余的大多进入水体、土壤及农产品农业污染源集约化养殖场污染物排放美国环保组织1998年的报告指出：造成江河水质未能改善甚至恶化的头号污染源为两岸养殖业及其附属产业；目前，全国禽畜排泄粪便已达约10亿吨，大部分未经处理直接排入江河湖泊。农业污染源集约化养殖场污染物排放生活垃圾

目前生活垃圾主要采取填埋的方式,随着日晒雨淋及地表径流的冲刷,其溶出物会慢慢渗入地下,污染地下水。

生活污水有的直接排入附近水体,有的通过化粪池直接渗漏,对地表水和地下水均产生影响。生活垃圾目前生活垃圾主要采取填埋的方式,随着日晒雨淋由于特殊的自然环境与地质环境,地下水天然背景不良,有毒有害成分超标。中国部分地区分布有高砷水、高氟水自然污染源由于特殊的自然环境与地质环境,自然污染源氟骨症患者氟骨症患者3地下水污染特点与途径局限性：污染物必须通过包气带或越流途径的渗透变化才能进入含水层;隐蔽性：即使地下水遭到了较严重的污染,但它还是无色无味,从外表上难以识别,有毒有害的地下水,对人体的影响也只是慢性的长期效应;难以逆转性：地下水一旦遭到污染,就很难得到恢复,仅靠含水层本身自然净化,需要相当长的时间;缓慢性：地表以下地层复杂,地下水流动极其缓慢,污染物质进入地下含水层及在其中运移的速度都很缓慢,若不进行专门监测,往往在发现时,地下水污染已达到相当严重的程度,其不良后果很难消除。3地下水污染特点与途径局限性：污染物必须通过包气带或越流途地下水污染途径一：间歇入渗