西北地區(qū)地下水污染現(xiàn)狀及風險調(diào)查

龔 正，于 琦，汪 嫻，史 俊，鄧慧萍

(同濟大學環(huán)境科學與工程學院，上海 200092)

西北地區(qū)位于我國西北內(nèi)陸，包括新疆維吾爾自治區(qū)、青海省、甘肅省、陜西省、寧夏回族自治區(qū)和內(nèi)蒙古自治區(qū)。目前，西北地區(qū)地下水主要超標項目為總溶解固體(TDS)、總硬度(TH)、硝酸鹽、氯化物和氟化物等，不可直接利用的地下水分布面積占該區(qū)總面積的17.7%，主要分布于該區(qū)域內(nèi)陸盆地中心地帶[1]。在西北干旱與半干旱地區(qū)，地下水污染嚴重制約著經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，威脅著人類的健康[2]。因此，本文對西北地區(qū)各省市地下水水質(zhì)進行文獻調(diào)研，對近10年內(nèi)曾發(fā)生過地下水污染的區(qū)域進行風險預警與防范，具有十分重要的理論意義。

根據(jù)《地下水質(zhì)量標準》(GB/T 14848—2017)和《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)，地下水各指標限值如表1所示。

表1 地下水水質(zhì)指標限值Tab.1 Limits for Groundwater Quality Indices

下文為各省及自治區(qū)地下水污染現(xiàn)狀及風險調(diào)查結果及污染物處理工藝簡述。

1 甘肅省

武威市涼州區(qū)鐵路西南帶的西營河與金塔河灌區(qū)，尤其是臧家大莊至陳家莊一帶、新城以北地段[7]，地勢低洼，地下水流速較慢，各污染物容易富集，加之農(nóng)業(yè)聚集的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居多，地下水水質(zhì)較差，需防范地下水污染[8]。民勤縣(民勤盆地)由于陽離子交換作用、蒸發(fā)濃縮作用、溶濾作用[9]和人類活動，TDS嚴重超標，水質(zhì)污染由南向北風險逐漸升高[10]。

2 寧夏回族自治區(qū)

寧夏回族自治區(qū)各地區(qū)地下水污染情況如表3所示。銀川市黏土中含氟量和鐵、錳含量均較大，巖石的風化、地下水的蒸發(fā)濃縮和陽離子的交替吸附導致地下水有氟化物、碘化物和鐵、錳、砷超標的風險[22-24]。由于銀川平原地下水為還原性偏堿性條件，且TDS較低，砷含量超標[25]成為飲水健康風險的最主要污染物。由于寧夏曾經(jīng)是飲水型地方性砷中毒區(qū)域之一[26]，要尤其注意砷超標風險的防范，建議用離子交換法、吸附法、膜分離及鐵錳氧化法防治[27]。此外，由于除氟效果好、管理難度低、穩(wěn)定性好，水廠可考慮使用納濾+超濾技術對飲用地下水出廠水集中除氟[28]。

表2 甘肅省各地區(qū)地下水污染情況Tab.2 Groundwater Pollution in Different Regions of Gansu Province

表3 寧夏回族自治區(qū)各地區(qū)地下水污染情況Tab.3 Groundwater Pollution in Ningxia Hui Autonomous Region

吳忠市金積鎮(zhèn)的造紙廢水排入南干溝，導致金積水源地上游以及南干溝沿線TDS、氨氮、錳含量超標風險較高。同時，此地區(qū)有地下水還有萘和熒蒽等多環(huán)芳烴檢出，應注意有機物污染的防范[31]。青銅峽市地下水中的離子主要來自巖石礦物的溶解，由于地下水由西南流向東北，東北部地區(qū)更需注重污染的防治[32]。鹽池縣境內(nèi)石膏分布廣、厚度大，地下水TDS和氟污染風險極高，由此還引起了嚴重的地方病[33]。

3 青海省

海西蒙古族藏族自治州由于盆地較多，地下水流速慢，加之鹽化工企業(yè)和金屬冶煉企業(yè)眾多，污染物易匯集而超標，盆地中央、小柴旦湖及大蘇干湖附近有標超風險，尤其是西北部的茫崖鎮(zhèn)、烏蘭縣、冷湖鎮(zhèn)等地水質(zhì)較差[40]。

海南藏族自治州貴德盆地入侵巖鐵錳礦物中富含砷元素，加之地熱資源豐富，地熱水的高溫、弱堿、還原性環(huán)境會導致砷的溶出和遷移，超標風險較大[41-42]。

海北藏族自治州海北化工廠曾發(fā)生污染事故，在停產(chǎn)10年后，地下水中Cr6+依然超標，從廠區(qū)到湟海渠，從泉集河到上星火村依然存在帶狀污染，可采用抽水法、置換被污染地層和清理固體污染源的方法綜合治理[43]。

表4 青海省各地區(qū)地下水污染情況Tab.4 Groundwater Pollution in Different Regions of Qinghai Province

4 內(nèi)蒙古自治區(qū)

內(nèi)蒙古自治區(qū)各地區(qū)地下水污染情況如表5所示。呼和浩特市區(qū)西南部和托克托縣為糧食產(chǎn)區(qū)[44]，由于污水灌溉、畜禽養(yǎng)殖、施肥過度[45]，加之制藥和煤化工企業(yè)的廢水排放，有TH和“三氮”超標的風險[46-47]。呼和浩特盆地中部處于大黑河與黃河沖湖積平原中心[48]，為典型的湖洼-池沼還原性沉積環(huán)境，故而土默特左旗哈素海[49]和托克托縣雙河鎮(zhèn)、古城鄉(xiāng)、五申鎮(zhèn)三價砷含量超標風險非常大[50]。同時，該區(qū)域螢石含量高，桃花鄉(xiāng)東北部[51]和黑城以東[52]地區(qū)，尤其是五申鎮(zhèn)乃只蓋鄉(xiāng)[53]，氟超標風險也非常大。

包頭市TDS含量由東北向西南逐漸增高，包鋼渣壩、昆河排污渠附近超標風險較大[54]。由于地勢平坦，地下水埋深淺，加之工農(nóng)業(yè)活動，昆都侖區(qū)、東河區(qū)東南部和青山區(qū)南部地下水還應注意石油類、揮發(fā)酚、氰化物等化工污染防治[55]。

赤峰市富氟礦物分布廣泛[56]，在20世紀90年代曾經(jīng)發(fā)生過嚴重氟污染，全市人口氟骨癥和斑釉齒比例達61‰，近年來情況雖然有所改善，但李家園子至達林臺淖爾地區(qū)仍應注意防范氟超標風險[57-59]。阿魯科爾沁旗地區(qū)地處大草原，地下水受到生活污水污染，又缺乏水質(zhì)凈化和消毒設施，有細菌總數(shù)和總大腸菌群數(shù)超標風險[60]。

表5 內(nèi)蒙古自治區(qū)各地區(qū)地下水污染情況Tab.5 Groundwater Pollution in Inner Mongolia Autonomous Region

通遼市科爾沁區(qū)地下水屬于高礦化度、重碳酸鹽類的弱堿性硬水[61]，TDS自西向東逐漸升高，鐵、錳、氟原生環(huán)境背景值較高，超標風險較大,同時，受人類活動及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響，“三氮”也有超標風險[62]。值得注意的是，科爾沁區(qū)由于氣候、地形地貌、巖石性質(zhì)、水化學類型等諸多因素，20世紀90年代也為氟中毒病區(qū)，當時利用氧化鋁和麥飯石降氟，當下也應注意氟超標風險的防范[63]。

鄂爾多斯盆地石炭系-侏羅系地下水硝酸鹽污染因過度施肥導致，白堊系地下水硝酸鹽污染由黃鐵礦氧化、石油天然氣開采導致，硝酸鹽都有超標風險[64]。達拉特旗地區(qū)從西南到東北地下水水質(zhì)變差，由淡水變?yōu)橄趟蠺H和TDS超標風險[65]。

巴彥淖爾市杭錦后旗曾是內(nèi)蒙古最嚴重的砷中毒區(qū)[70]，在2008年，扇前洼地砷依然超標900多倍。由于狼山富含大理巖、片麻巖、板巖等富砷礦石[71]，地下水處于強還原帶，五原縣、沙海鎮(zhèn)地區(qū)應尤其注意防范砷超標風險[72]，可用海泡石和粉煤灰除砷。同時，由于地下水處于弱堿還原性環(huán)境，F(xiàn)e2O3的溶解和有機質(zhì)的分解均可促進碘的富集，沙海鎮(zhèn)、蠻會鎮(zhèn)和三道橋鎮(zhèn)還應注意碘超標風險[73]。

烏蘭察布市地下水同樣為還原弱堿性水，花崗巖等含氟硅酸鹽礦物在此環(huán)境中易溶于水，需注意氟超標風險的防范[74]。由于農(nóng)業(yè)發(fā)達，武川縣的西官井和張正恒地區(qū)、四子王旗的牛房灘和三元井地區(qū)也需防范“三氮”超標風險[75]。

錫林郭勒盟氣候條件干燥，錫林浩特市需注意TH、氟化物和鐵錳超標問題[76]，東烏珠穆沁旗需注意TDS、氟化物和硼超標問題[77]。同時，由于各旗縣地處草原，動物糞便降解后進入地下水，需注意“三氮”超標問題[78]。

5 新疆維吾爾自治區(qū)

阿克蘇市、阿瓦提縣、烏什縣和柯坪縣同樣需注意無機常規(guī)離子的超標。同時，該地區(qū)磷灰石、螢石、云母等[96]含氟巖石分布廣，臺蘭河等地表水和冰雪融水一起將氟化物從山區(qū)帶到低洼處，隨后的蒸發(fā)作用使得離子濃縮，導致阿瓦提縣新大河兩岸地區(qū)、臺蘭河灌區(qū)和庫托河灌區(qū)含氟量嚴重超標[97]，成為了新疆地方性氟中毒防治重點地區(qū)之一[98]。由于巖石中的砷元素在偏堿性條件下會從針鐵礦、水鋁礦中釋放到水體，加之含砷農(nóng)藥的噴灑，溫宿縣古勒阿瓦提鄉(xiāng)、阿瓦提縣烏魯卻勒鎮(zhèn)和柯坪縣玉爾其鄉(xiāng)需尤其注意砷超標[99]。

塔城盆地位于地下水排泄區(qū)，重污染點主要分布在塔城市、額敏縣及其周邊人口密集地區(qū)，零星分布在工礦企業(yè)、污水處理廠、垃圾填埋場周圍[104]。同時，由于含氟巖石風化溶解，盆地南部扇前洼地和中部洼地應注意氟超標[105]；由于原生地質(zhì)環(huán)境和人類活動，盆地北部塔爾巴哈臺銅成礦帶、盆地中部巴爾魯克成礦帶以及盆地南部哈圖成礦帶、包古圖銅鉬成礦帶需注意鐵錳超標[106]。

巴音郭楞蒙古自治州博斯騰湖流域和焉耆盆地礦物眾多，靜縣西南部、博湖縣東北部、焉耆縣西南部，和碩縣地區(qū)需注意錳、鎳、銅、鉻和鋅等重金屬超標風險[112-114]。由于存在化工廠、造紙廠等工業(yè)污染源，農(nóng)場、養(yǎng)殖場等農(nóng)業(yè)污染源和污水處理廠、垃圾填埋場等生活污染源，博斯騰湖地區(qū)、且木-若羌地區(qū)和焉耆盆地地區(qū)還需注意三氯甲烷、甲苯、二氯乙烷等有機污染物和“三氮”超標的可能[115-118]。

伊犁哈薩克自治州南面為天山，北面是庫爾班通古特沙漠，地勢從南向北逐漸降低[119]，故而北部地下水水質(zhì)超標風險較大。奎屯地區(qū)是中國大陸第一個砷中毒病區(qū)[120]，砷元素來自當?shù)氐某练e環(huán)境和山區(qū)構造山脈的煤層[121-122]，濃度從南向北逐漸升高。烏蘇市由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地膜、農(nóng)藥、化肥對地下水的污染，主要表現(xiàn)為部分地區(qū)氟、砷、碘超標，需預防地方性氟中毒、砷中毒、甲狀腺腫病的發(fā)生[123]。伊犁河察布查爾縣和伊寧市段兩側地帶需注意無機常規(guī)化學指標的超標，源縣別斯托別鄉(xiāng)、尼勒克縣克令鄉(xiāng)和霍城縣清水河鎮(zhèn)需注意無機毒理指標的超標[124]。

石河子市自南向北傾斜，北部地區(qū)水力坡度小，故而地下水水質(zhì)由南向北逐漸變差[125]。地區(qū)南部的煤系地層富含氟元素與砷元素，加之電廠廢物的排放，平原區(qū)北部靠近沙漠區(qū)需注意氟化物和砷超標。此外，地區(qū)主要為農(nóng)業(yè)區(qū)，瑪河和塔西河周邊農(nóng)墾區(qū)的化肥、農(nóng)藥和殺蟲劑等會導致“三氮”超標[126]。

表6 新疆維吾爾自治區(qū)各地區(qū)地下水污染情況Tab.6 Groundwater Pollution in Xinjiang Uygur Autonomous Region

6 陜西省

表7 陜西省各地區(qū)地下水污染情況Tab.7 Groundwater Pollution in Various Regions of Shaanxi Province

咸陽市需注意氟和Cr6+超標風險的防范。由于工業(yè)發(fā)達，大量含Cr6+的廢水未經(jīng)處理直接排入河道，導致山前傾斜平原區(qū)中部區(qū)域(乾縣及禮泉縣城周邊)和南部臺塬區(qū)域(阡東鎮(zhèn)-興平-咸陽市三角區(qū))存在Cr6+污染[141]。同時，咸陽市北山以南的黃土臺塬、階地平原和洪積扇前緣地區(qū)，地下水存在氟污染現(xiàn)象[142]。

銅川市需防范TH、硝酸鹽、鐵超標風險。TH主要來源于石膏巖、方解石和白云石的風化、溶解等。鐵元素主要來自地層巖性，超標點主要出現(xiàn)在南部深層的還原性地下水中。硝酸鹽主要來源于農(nóng)業(yè)施肥、生活污水和含氮工業(yè)廢水的排放，重污染地區(qū)位于金鎖關鎮(zhèn)、王石凹鎮(zhèn)及王家河鎮(zhèn)[143]。

渭南市需特別注意氟化物、硝酸鹽、碘超標風險的防范。由于第四紀堆積物中含氟礦物較多，弱堿性地下水有利于F-的溶濾作用[144]，入滲到地下水后隨地下水流由北向南逐漸遷移[145]，至朝邑、安仁和許莊一帶，地下水位埋深較淺，蒸發(fā)強烈，F(xiàn)-濃縮富集，高氟地下水形成[146]。氟化物超標比例最高的是澄城和合陽縣，其次是富平、蒲城和大荔縣[147]。同時，富平縣東南部和西部以及蒲城縣南部需注意防范地下水氮污染[148]。此外，渭南市有72%的地下水存在碘污染，高碘病區(qū)主要位于蒲城、大荔縣城以及富平縣。其中，富平縣高碘區(qū)域不僅出現(xiàn)高碘水，還共生有高氟水，部分地區(qū)還出現(xiàn)高砷水[144]。

延安市需注意苦咸水、氮素超標問題。河谷區(qū)域包氣帶巖性松散，溶濾作用強，水位埋深較淺、蒸發(fā)濃縮作用強，淺水的TDS含量大部分都超標。此外，柳林鎮(zhèn)、河灣鎮(zhèn)、河莊坪鎮(zhèn)由于人口稠密、農(nóng)業(yè)發(fā)達，需注意防范硝酸鹽超標[149]。

榆林市需防范氟化物和硝酸鹽超標。榆林市西部存在風積黃土層沉積物，其中，有磷灰石、云母等含氟礦物，其受蒸發(fā)作用、離子交換作用以及堿性環(huán)境影響而溶解富集在檸條梁、王渠、席麻灣地區(qū)附近[150]。同時，靖邊縣西南、中南部為農(nóng)灌區(qū)，含氮化肥的施用導致地下水硝酸鹽偏高，濃度由西向東遞減[151]。

漢中市氟化物和硝酸鹽也具有超標風險，但風險略小于榆林市。城區(qū)南部地下水埋藏較淺，包氣帶薄，自凈能力差，地表的污染物質(zhì)容易進入地下水。同時，由于人口密集，生活污水和工業(yè)廢水排放防滲措施較差，加之蔬菜種植區(qū)的農(nóng)藥、化肥施放量大且高頻，硝酸鹽含量較高[152]。此外，氟化物在漢中市普遍存在，具有東部含量高、西南部及北部含量低的特點。特別是東郊水源地地下水過度開采，F(xiàn)-溶解于承壓水中，濃度超標[153]。

7 結論

西北地區(qū)地下水主要存在下列指標超標風險。

(2)“三氮”超標風險。此類污染常見于人口稠密的城市和現(xiàn)代化程度較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，如陜西省全省、蘭州市、張掖市、呼和浩特市、包頭市、赤峰市、通遼市科爾沁地區(qū)、鄂爾多斯市杭錦旗、呼倫貝爾市阿榮旗、烏蘭察布市四子王旗等。含氮化肥的過度施用、工業(yè)廢水的排放、生活污水的灌溉等均為潛在污染源。其中，硝酸鹽污染易發(fā)生于弱堿性氧化環(huán)境中，故而與鐵錳污染、砷污染不常同時存在。針對硝酸鹽污染，可用物化修復技術、化學還原技術和生物修復技術處理。物化法主要包括離子交換、蒸餾法、反滲透、吸附法等，一般將硝酸鹽集中在介質(zhì)或廢液中而沒有徹底去除。化學還原技術可分為催化還原法和活潑金屬還原法，缺點是副產(chǎn)物較多。生物修復技術高效低耗，其成為目前地下水中硝酸鹽去除的主流方法。

(3)氟超標風險。此類污染常見于磷灰石、螢石、云母等含氟巖石富集處，如內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、蘭州市、靈武市、固原市、龍首山山區(qū)、阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)、塔城地區(qū)、喀什地區(qū)等。弱堿性、高鈉離子、高碳酸氫根離子、高TDS和低鈣離子的地下水區(qū)域，氫氧根會將礦物晶格中的氟元素置換釋放到水體，需尤其防范氟超標風險。小水量地下水除氟常用吸附法，吸附劑主要有活性氧化鋁、改性沸石、羥基磷灰石、氧化鋯等；大水量地下水除氟常用絮凝沉淀/過濾法，常用絮凝劑主要有氫氧化鋁、氯化鋁和硫酸鋁等。

(4)鐵錳超標風險。鐵超標與錳超標常相伴出現(xiàn)，常見于磁鐵礦、赤鐵礦等原生沉積礦物富集處，地下水特征為中性或弱堿性還原環(huán)境。有機質(zhì)污水的入滲消耗地下水中氧氣，形成還原環(huán)境，鐵、錳元素被還原，同時鈉、鈣離子將鐵、錳離子置換下來進入地下水。蘭州市、通遼市、錫林浩特市、延安市、石羊河流域、酒泉東盆地、銀川平原、呼和浩特盆地、鄂爾多斯盆地、杭錦后旗等地需防范鐵、錳超標。針對該污染，可采用氧化法、離子交換法和活性炭吸附法去除污染離子，或間歇性對地下水進行曝氣以破壞還原環(huán)境來有效防范。