地下水鹽污染

地下水硬度升高問(wèn)題的探討

一、關(guān)于硬度的基本理論二、地下水硬度升高機(jī)理研究綜述三、高硬度地下水處理技術(shù)一、關(guān)于硬度的基本理論1、定義：硬度是以水中Ca2+、Mg2+、Sr2+、Ba2+等堿土金屬離子的總和來(lái)量度，但是除Ca2+、Mg2+外，其它金屬離子在水中含量都很微少。因此，硬度一般以水中的Ca2+和Mg2+來(lái)量度。2、計(jì)算方法：Ca2+和Mg2+的毫克當(dāng)量總數(shù)乘以50，以CaCO3表示，其單位是mg/L。3、水中硬度不同的表示方法：在世界各國(guó)，水中硬度有不同的表示方法：1德國(guó)度=17.8mg/L(CaCO3)1法國(guó)度=10mg/L(CaCO3)1英國(guó)度=14.3mg/L(CaCO3)1美國(guó)度=1mg/L(CaCO3);過(guò)去我國(guó)一直沿用德國(guó)度mg/L（CaO）表示水的硬度，目前已改用mg/L（CaCO3）4、硬度的分類(lèi)：硬度也稱(chēng)總硬度，它是碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度的總和，即硬度分為碳酸鹽和非碳酸鹽：①碳酸鹽硬度（暫時(shí)硬度）：指Ca2+和Mg2+與CO32-和HCO－3結(jié)合的硬度，以CO32-和HCO-3毫克當(dāng)量數(shù)總和乘以50得到，如所得數(shù)值大于總硬度，其差值為負(fù)硬度。水煮沸時(shí)，與CO32-和HCO-3結(jié)合的那部分Ca2+和Mg2+，由于產(chǎn)生MgCO3和CaCO3沉淀而被除去，所以也叫暫時(shí)硬度。

②非碳酸鹽硬度（永久硬度）：總硬度與碳酸鹽硬度的差值（正值）為非碳酸鹽硬度。非碳酸鹽是指與Cl-、SO2-4和NO-3結(jié)合的Ca2+和Mg2+，水煮沸后不能除去，所以也叫永久硬度。5、地下水硬度升高的化學(xué)機(jī)理：地下水硬度主要以鈣鎂含量來(lái)表征，因此硬度升高的機(jī)理實(shí)際上是鈣鎂升高的機(jī)理。其主要是來(lái)源于土壤及其下層沉積物的鈣鎂易溶鹽、難溶鹽及交換性鈣鎂離子。就其化學(xué)機(jī)理而論，促使固相中的鈣鎂向水中轉(zhuǎn)移的化學(xué)作用有以下三種：（1）陽(yáng)離子交替吸附作用

在一定條件下，巖石顆粒吸附地下水中的某些陽(yáng)離子，而將其原來(lái)吸附的某些陽(yáng)離子轉(zhuǎn)入水中，從而改變了地下水的化學(xué)成分，這一作用稱(chēng)為陽(yáng)離子交替吸附作用。如MgCl2+Ca2＋CaCl2+Mg2＋（水溶液）（吸附體）（水溶液）（吸附體）自然界中，陽(yáng)離子交替吸附占優(yōu)勢(shì)，而陰離子交替吸附不占優(yōu)勢(shì)。由于自然界巖石中的吸附體主要是膠體，而膠體主要是帶負(fù)電荷的。影響陽(yáng)離子交替吸附作用的主要因素有：巖石的粒度、交替陽(yáng)離子的性質(zhì)、離子濃度、pH值。（2）鈣鎂易溶鹽的溶解眾所周知，鈣鎂易溶鹽在土壤中廣泛存在，它們的溶解度都較大。它們都很易溶于水，隨入滲帶到地下水中去。在城市地區(qū)，無(wú)論是固體垃圾，或是受污染的表層土壤，都積聚大量的易溶鹽。（3）鈣鎂難溶鹽的溶解這里主要是指難溶鈣鎂碳酸鹽的溶解。在包氣帶土壤及下層沉積物里，在包氣帶土壤及其下層沉積物里，往往有豐富的鈣鎂碳酸鹽。鈣鎂碳酸鹽的溶解，決定于二氧化碳分壓的升高。在城市地區(qū)，由于地表環(huán)境的污染，有機(jī)物分解可產(chǎn)生大量二氧化碳，二氧化碳溶于水使下滲水的二氧化碳分壓升高，從而使水中的含量升高，PH值降低使得鈣鎂碳酸鹽產(chǎn)生溶解。6、總硬度升高的地下水化學(xué)特征地下水硬度升高已成為城市地區(qū)一個(gè)普遍的地下水污染問(wèn)題，其特點(diǎn)可歸納如下：

（1）污染普遍且污染范圍大在我國(guó)的一些大中城市，特別是北方的一些大中城市，如北京、沈陽(yáng)、西安、石家莊等，均出現(xiàn)大面積的地下水總硬度升高的現(xiàn)象。

（2）硬度的變化和其他化學(xué)組分的關(guān)系隨著硬度的升高，往往其他化學(xué)組分也升高，特別是、、和總?cè)芙庑怨腆w，有時(shí)、也升高。所以說(shuō)，硬度升高是地下水鹽污染的特征參數(shù)。

（3）總硬度升高的化學(xué)類(lèi)型特點(diǎn)硬度升高，水化學(xué)類(lèi)型也隨之變化。當(dāng)硬度小于450mg/L時(shí)，多為型水，而當(dāng)硬度大于535mg/L時(shí)，主要為-Cl型水，硬度更高時(shí)主要為Cl-水中間基本上不出現(xiàn)-型水。6、地下水硬度升高的影響

在日常生活中，用硬水洗衣物不僅肥皂不易起泡沫，喪失了去污能力，而且還能使纖維變硬、發(fā)脆，損壞衣物。用高硬水洗澡后，頭發(fā)、皮膚有發(fā)粘的感覺(jué)。用硬水煮豌豆、蠶豆，不易煮熟燒爛。硬水使壺底結(jié)垢1cm厚，比無(wú)垢水壺?zé)嗪馁M(fèi)約1/3的燃料。當(dāng)一個(gè)人長(zhǎng)期飲用低硬水一旦改用高硬水時(shí)，就可能出現(xiàn)暫時(shí)性的腸胃功能紊亂。近年來(lái)，飲用水硬度升高，是腎結(jié)石發(fā)病率增長(zhǎng)的一個(gè)原因。另外，有人根據(jù)國(guó)內(nèi)外一些城市的調(diào)查，得出結(jié)論認(rèn)為飲用水硬度與心血管病死亡率成正比。在工業(yè)生產(chǎn)上，紡織印染工業(yè)使用硬水，既浪費(fèi)肥皂，印染物又容易起斑點(diǎn)、生垢、發(fā)花、色彩黯淡、潔白度下降，從而造成次品及廢品，增加了生產(chǎn)成本。用硬水釀造果酒和啤酒，易產(chǎn)生混濁和沉淀，降低酒的質(zhì)量。硬水不能用來(lái)進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)，也不能制取化學(xué)試劑、藥品和針劑。鍋爐使用硬水，就會(huì)在爐內(nèi)和管道上生成水垢，不但耗費(fèi)燃料，而且還影響鍋爐壽命，甚至?xí)鸨ㄊ鹿?。二、地下水硬度升高機(jī)理研究綜述國(guó)內(nèi)外地下水硬度演化的趨勢(shì)Localareainforeigncountries：Medianhardnessandsodiumlevelsingroundwaterwerecalculatedfor224Texascountiesfrommeasurementsat7228waterwell.Thedataweremappedandanalyzedwithageographicinformationsystem.Countymedianhardnesslevelsvariedwidely,from4-2304mg/L.Morethan60%ofthecountieshadhardnessmediansabove180mg/L.SeveralfactorscontrolhardnessandsodiumwasobservedinTexasaquifersincludingrockcomposition,groundwaterchemicalevolution,bablehumancontrolsincludeagriculturalreturnflowandpumping-inducedsaltwaterintrusion.

WaterhardnessandsodiumtrendsinTexasaquiferbyPaulF.HudakThehydrogeochemistryof26wellsbelongingtotendifferentaquifersinthecountyofEnsenada,BajaCalifornia,isstudied.Thesewellsareallusedtosupplytheruralcommunitiesintheregion,whichcomprise~37,000inhabitants,excludingthecityofEnsenada.Hightotaldissolvedsolids(TDS)concentrations(maximum7.35gl?1)indicatethatsaltisaubiquitouscontaminantintheaquifersduetoseawaterintrusion.TheconsequenceisthatWaterishardtomoderatelyhard.Fluoride,nitrateandwaterhardnessingroundwatersuppliedtotheruralcommunitiesofEnsenadaCounty,BajaCalifornia,Mexico.1、工業(yè)廢水和城市生活污水對(duì)地下水硬度的影響（1）例證：研究表明,工業(yè)廢水如果不加處理,將對(duì)地下水造成嚴(yán)重污染。Mohammd以印度阿里格爾市為例,構(gòu)建了HACH模型,計(jì)算的地下水硬度最高值為648mg/L,進(jìn)一步分析得出工業(yè)廢水、金屬加工廢水和生活污水的過(guò)量排放是導(dǎo)致地下水硬度升高的主要原因。Ratha等采用線性判別分析和偏相關(guān)方法分析了印度采礦淋濾液和礦石加工污水對(duì)地下水的影響,樣本分析結(jié)果顯示地下水的硬度和電導(dǎo)率偏高。另外,印度班加羅爾地區(qū)工業(yè)廢水排放是導(dǎo)致地下水中硝酸鹽和硬度過(guò)高的主要原因。（2）工業(yè)廢水：酸性工業(yè)廢水入滲經(jīng)過(guò)土壤時(shí),土壤中部分鈣鎂鹽轉(zhuǎn)化生成游離的Ca2+、Mg2+,從而誘發(fā)地下水硬度的升高。這是由于pH值可以反映地下水中的酸堿度，如果地下水處于酸性環(huán)境中，地下水對(duì)碳酸鹽的溶濾作用就會(huì)大大加強(qiáng)，引起鈣鎂碳酸鹽巖的溶解度加大，從而使大量的Ca2+、Mg2+進(jìn)入地下水，地下水硬度升高。（3）城市生活用水：研究發(fā)現(xiàn),城市生活污水、廢物垃圾與土壤中有機(jī)質(zhì)等,在微生物作用下發(fā)生降解作用,厭氧分解產(chǎn)生大量CO2,促進(jìn)了CaCO3的溶解,導(dǎo)致淺層地下水硬度升高。人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的生活廢棄物進(jìn)入土壤,在土壤中發(fā)生機(jī)械過(guò)濾、離子吸附與交換、硝化等作用有利于Ca2+、Mg2+難溶鹽的溶解,引起地下水總硬度升高。

焦作地區(qū)pH值與總硬度變化關(guān)系焦作地區(qū)溶解性總固體與總硬度變化關(guān)系2、垃圾滲濾液對(duì)地下水硬度的影響我國(guó)85座城市地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料顯示,地下水的總硬度、NO-3和TDS等嚴(yán)重超標(biāo)。試驗(yàn)表明,1kg生活廢棄物氧化淋濾后可產(chǎn)生2.8gCa2+、Mg2+。垃圾滲濾液對(duì)地下水的污染主要表現(xiàn)為Cl-、Na+、NH+4、總硬度、溶解性總固體、COD和磷酸鹽的污染。此外,礦區(qū)地表大量堆積的煤矸石、粉煤灰、礦渣等固體廢棄物,通過(guò)降水淋濾作用,使地下水中Ca2+、Mg2+含量偏高,進(jìn)而引起硬度升高。這是由于工業(yè)垃圾通過(guò)淋濾作用使得地下水中的溶解性總固體升高，從而會(huì)引起硬度的升高。溶解性總固體對(duì)硬度的影響主要體現(xiàn)在兩方面:一是溶解性總固體升高說(shuō)明有更多的污染物進(jìn)入地下水中，這些污染物中Ca2+、Mg2+直接引起硬度的升高;另一方面通過(guò)鹽效應(yīng)使得總硬度增加，即溶解性總固體增加，水中的各種離子的總量增加，引起離子強(qiáng)度增加，活度減小，進(jìn)而導(dǎo)致CaCO3、Mg-CO3溶解度的增加，更多的Ca2+、Mg2+進(jìn)入地下水，最終致使地下水的硬度增加。3、不合理開(kāi)發(fā)利用對(duì)地下水硬度的影響由于地下水過(guò)量開(kāi)采引起的地下水動(dòng)力場(chǎng)的變化，對(duì)地下水硬度的升高也有一定的促進(jìn)作用。長(zhǎng)期的過(guò)量開(kāi)采，使得一個(gè)區(qū)域地下水的水位不斷下降，從而引起地下水硬度升高的原因有如下兩個(gè)方面：一方面使得大氣降水及地表水補(bǔ)給地下水的周期變長(zhǎng)，補(bǔ)給路徑變長(zhǎng)，對(duì)礦物質(zhì)的沖刷時(shí)間變長(zhǎng)，易于礦物質(zhì)的溶解，從而使更多的Ca2+、Mg2+進(jìn)入地下水引起硬度升高。另一方面使得含水層變薄，含水層對(duì)這些離子的稀釋作用變?nèi)?，使得地下水硬度進(jìn)一步升高。綜上，一個(gè)地區(qū)地下水硬度污染嚴(yán)重，主要是由工礦企業(yè)污廢水不合理排放以及不合理開(kāi)發(fā)地下水引起的。

一方面，污廢水不合理排放使得進(jìn)入地下水的污染物增加，其中包含大量的Ca2+、Mg2+，直接引起淺層地下水硬度升。

另一方面，污廢水排放和地下水不合理開(kāi)發(fā)利用改變了地下水化學(xué)場(chǎng)和動(dòng)力場(chǎng)。對(duì)地下水總硬度的升高，具有促進(jìn)作用的化學(xué)場(chǎng)變化主要有pH值減小、溶解性總固體增加、CO2分壓升高、入滲水中Na+增加，這些變化引起含鈣鎂的礦物質(zhì)溶解度增加，Na+與吸附性Ca2+、Mg2+的陽(yáng)離子交換作用增強(qiáng)，進(jìn)而引起地下水硬度升高。

動(dòng)力場(chǎng)的變化主要是地下水水位下降，補(bǔ)給路徑變長(zhǎng)，使得大氣降水、地表水在入滲的過(guò)程中，對(duì)礦物質(zhì)的沖刷作用以及陽(yáng)離子交換作用增強(qiáng)，同時(shí)地下水含水層變薄，稀釋作用減弱，引起地下水硬度增加。三、高硬度地下水處理技術(shù)1、離子交換軟化法離子交換法就是將水連續(xù)通過(guò)陽(yáng)離子交換體，使離子交換劑中的鈉離子或氫離子與組成水質(zhì)硬度的鈣鎂離子進(jìn)行交換，鈉或氫離子被鈣鎂離子所取代，從而使得水質(zhì)軟化的效果。鈉離子交換軟