地下水污染机理剖析

（三） 氧化-还原反应效应
2 主要污染物的相对迁移能力及其主要衰减 机理
• 污染物的迁移受各种因素的影响。不同污染物其影响程度 不同。 • 朗迈尔通过试验研究了各种污染物的相对迁移能力和主 要衰减机理。
邻苯基苯酚
多氯联苯
高危化学品
3 地下水系统的污染及污染机理
第一节 地下水系统的氮污染及污染机理
一、影响污染物迁移的水文地球化学效应
一、物理作用效应
物理作用效应主要包括机械过滤及稀释作用，他们主要产生净化效应。
1.机械过滤。机械过滤作用取决于介质的性质及污染物颗粒的大小。过滤效果主要是去除悬浮物， 其次是细菌。 2.稀释作用。当污水与地下水混合时，便会产生稀释作用。稀释作用主要是使污染物浓度变低。
二、化学作用效应
化学作用效应主要包吸附、溶解、沉淀、氧化还原、PH值影响，化学降解、光分解及挥发作用等。
（一）吸附作用效应 由于胶体颗粒表面的电荷不均衡性而带负电荷或正电荷，从而具有吸附 溶液中阳离子或阴离子的能力。吸附作用可能是阻止迁移效应，也可能 是增加迁移效应。 物理吸附：靠静电引力将离子吸附在固体表面。主要对Ca2+、Mg2+、Na+、 K+、NH4+及一些微量金属阳离子起作用。是可逆的。 化学吸附：靠化学键结合，被吸附离子进入胶体的结晶骨架。主要对 Al、K、Mn、Zn、Cr、Ni等金属离子起作用，对有机化合物，如对硫磷、 毒莠定，西维因、百草枯、多氯联苯等也能吸附。是不可逆的。
多环芳烃的降解
（萘 ） OH COOH OH OH
（菲 ） COOH OH COOH （蒽） （β -酮已 二酸 烯醇 内 酯） COOH O C O 水 COOH O C O COOH O2 COOH （顺-顺黏康 酸 ） COOH CoASH COOH CH3COSCoA+HOOC(CH2)2COOH O β -氧 化 （已 酰辅酶A） （琥珀酸 ） CO2+H2O （黏康 酸 内 酯） OH OH （儿茶酚） OH （水 杨酸 ）
二、氟（F）
地下水中氟的人为来源主要为矿山、冶金、钢铁、玻璃等工业的废水、废渣 和废气以及高氟煤燃烧废气等。
三、氰化物（CN-）
地下水中的氰化物主要是人为污染造成的，其人为来源主要是电镀、焦 化、煤气、冶金、化工等工业废水和某些农药等。氰化物一般都有很大 毒性。 水体中氰化物存在形式： 1、简单氰化物盐类，如NaCN、KCN、NH4CN等。溶解性大，在水中主要以 游离CN-存在，毒性大； 2、与Cu、Fe等金属离子形成的络合物。比较稳定，毒性相对较小。
• 影响固相介质对污染物的平衡吸附及吸附解吸过程主要的因素有：
固相介质 影 响 因 素
组成 微观结构 有机碳含量（foc） 含水量 极性指数（新） 理化性质 浓度 共存污染物 温度 pH 离子强度
马来酸二辛酯
污染物
环境条件
Βιβλιοθήκη Baidu二）溶解和沉淀效应
溶解 溶解和淋滤往往可使某些污染物从固相转为液相而使地下水遭受污染。 沉淀 沉淀作用是去除污染物的主要净化效应。
TCA循环
已有研究表明，萘、蒽 、菲等二环和三环芳香 化合物，其微生物降解 是先经过包括单加氧酶 作用在内的若干步骤生 成双酚化合物，再在双 加氧酶作用下逐一开环 形成侧链，而后按直链 化合物方式转化，最终 分解为 CO2 和水 ，见 左图。
（β -酮已 二酸 ）
四氯乙烯的降解
• PCE 分子上的四个氯 原子在适当条件下可 被依次除去，最终将 PCE 转化为无氯的碳 氢化合物，这一链式 反应见右图：
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铵的吸附作用 反硝化作 硝化作用
（一）有机氮的矿化过程
第一阶段：氨基化阶段，复杂的含氮有机质通过微生物酶的一系列作用逐步形成含 氨基的简单有机化合物。 第二阶段：铵化阶段，各种简单的氨基化合物分解成氨，同时还可能产生有机酸、 醇、醛等较简单的中间产物。
三、细菌和病毒在地下水系统中的迁移 细菌和病毒的迁移能力主要取决于它们的存活期及通过土壤的截留（ 过滤和吸附）。而这些病原微生物的截留及存活期很大程度上取决于 气候、病原微生物种类、土壤性质等。
四、共存污染物的影响
• 有机污染环境往往是多种有机污染物的共存体系，一种有机污染物的 环境化学吸附行为不仅受制于有机污染物自身的物理化学性质，土壤 /沉积物的化学组成、结构，以及有机污染物和土壤/沉积物之间的相 互作用，而且常常受到复合污染（共存污染物）的影响，从而使污染 物的迁移转化途径及生态效应发生改变。如果共存有机污染物使某个 化合物的吸附减弱，则这种现象称为竞争效应。研究表明，竞争效应 是广泛存在的，不仅存在于有机化合物之间，也存在于无机和有机化 合物之间。简述如下：
天然水中的氰化物有较强的自净能力。其净化机制主要是挥发和分 解两个途径：
第四节
有机化合物的污染及其污染机理
一、影响有机化合物迁移的主要机理 在地下水系统中，控制有机化合物迁移的主要机理是吸附、 化学反应及生物反应。 1、吸附 2、生物降解 一般来说，可生物降解的有机污染物有：卤代烃类、芳烃类等， 而氯化烃类多难生物降解。 3、化学反应 在水溶液系统中，影响有机化合物迁移的主要化学机理是氧化作 用、水解及还原作用。
二、地下水系统中的氮污染（循环）机理
地下水系统中存在的各种形态的氮，在一定条件下可相互转化。地下水污染状况取决 于氮的输入及转化过程。地下水系统氮污染主要是NO3-污染。地下水中的NO3-可直接来 自肥料、污水，也可间接来源于有机氮和NH4+的转变。而有机氮和NH4+可来源于肥料、 污水或天然产生。主要以间接来源为主。
（二）硝化作用
（三）反硝化作用

铬 汞 铁 镉 铅
六价铬的迁移机理：吸附和氧化还原。
第三节 微量非金属污染及其污染机理
• 地下水微量非金属污染主要是As、F、Se、P、B、S等元素 及氰的污染，其中较常见、危害较大的是As、F、氰的污染。
一、砷（As）
砷在地壳中常与硫结合成硫化（矿）物。地下水中砷的天然来源为地壳岩石矿物中的砷的 氧化；人为来源为合金冶炼、玻璃、化工、医药等工业和农药等。
五、生物化学转化过程
• 2,4二硝基甲苯 • 多环芳烃的降解 • 四氯乙烯
2,4二硝基甲苯的降解
• 已有研究表明，DNT 的降解途径有两种机 理：1，DNT通过最初 的加双氧酶的攻击后 ，开环并矿化；2， DNT 分子上的两个硝 基在适当条件下可被 依次除去或被还原成 胺基，最终将 DNT 转 化为胺基的碳氢化合 物，这一反应途径可 用右图示意。
地下水污染物的迁移转化 及污染机理
地下水污染物的迁移及污染机理
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污染物在地质环境中的水文地球化学效应
主要污染物的相对迁移能力及其主要衰减机理 地下水系统的污染及污染机理
1、污染物在地质环境中的水文地球化学效应
污染物在通过包气带向下运移时，会产生一系列复杂的物 理、化学及生物作用。 其中，对污染物的迁移存在两种水文地球化学效应：阻止 迁移效应（或称净化效应）和增强迁移效应。
一、地下水中氮的存在形式及来源
•地下水中的溶解氮的主要存在形式是NO3-，还有NH4+、NO2-、NH3、N2、
N2O和有机氮。NO3-为常量组分，其余多为微量组分。 •以硝酸盐形式存在的溶解氮是地下水最常见最普遍的污染物，且其污染 最广泛，污染面积大。另外， NO3-还具有稳定性和不易被土壤吸附等性 质，所以地下水系统的氮污染问题，实际上主要是NO3-的污染。在未受 污染的天然水中， NO3-大多小于20mg/L，在受污染的地下水中，其含量 在几十到几千mg/L。
二、有机污染物的理化性质
• 有机化合物自身的结构、疏水性、挥发性和稳定性等都是影响其在 土壤中迁移转化的内在因素。 有机污染物的浓度也是一个重要因素 。 顺式二氯乙烯
浓 度
三、土壤特性
• 土壤的很多性质，如有机质含量、矿物组成、离子交换容量、比表面积、粒 径分布、极性指数、固体效应等，对有机污染物吸附产生影响。Chung和 Alexander用16种性质迥异的土壤进行污染物吸附实验，发现菲或阿特拉津 在各种土壤中吸附的速率和程度明显不同，有机碳含量、阳离子交换容量和 土壤的其他性质可能有助于预测一些化合物的吸附。
第五节 微生物污染及其污染机理
一、地下水微生物污染 污染地下水的病原微生物可分为细菌、病毒及寄生虫，污染主要以前两种 为主。这些病原微生物来自于生活污水、医疗污水、人畜粪便、某些工业 污水（如制革、屠宰、生物制品等工业污水）。 二、影响细菌和病毒在土壤中存活的因素 1、温度：低温的冬天存活时间长，高温的夏天存活时间短。 2、土壤含水量：含水量大存活时间长。 3、土壤PH值：PH值高利于细菌存活， PH值对病毒存活影响不明显。 4、其它微生物：其它微生物的大量存在，可能促使细菌和病毒加速死亡。