肖　鵬

提要眾所周知，由于防污性能差，巖溶含水層比其他含水層更容易受到污染。其污染物可分為水溶性有機和無機污染物。對每一類污染物，其遷移、儲存和最終的排出機制都是多樣的、復(fù)雜的和相互作用的。為此，研究巖溶水中污染物的遷移和轉(zhuǎn)換機制對巖溶水的凈化具有重要意義。

關(guān)鍵詞：污染物；轉(zhuǎn)換機制；巖溶含水層

中圖分類號：F323.213文獻標(biāo)識碼：A

一、污染物在巖溶含水層中的遷移轉(zhuǎn)化方式

巖溶水系統(tǒng)是一個包括多種無機物和有機物的復(fù)雜水-巖體系，污染物進入巖溶水系統(tǒng)后會發(fā)生一系列的變化，通過各種變化，污染物向以下幾個方面轉(zhuǎn)化：①分散在水體中，逐漸稀釋；②分解和轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，并消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)惡化；③沉淀在底泥中；④富營養(yǎng)化。環(huán)境條件不同，污染物遷移轉(zhuǎn)化的方式也不盡相同。

污染物在地下水中的遷移轉(zhuǎn)化是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)和微生物分解過程，包括對流彌散、水文地球化學(xué)作用，以及生物的分解作用。從宏觀上講，巖溶區(qū)污染物的遷移方式仍主要根據(jù)其彌散系數(shù)、物理、化學(xué)和生物等特性而發(fā)生變化。其遷移方式主要分為以下幾種：①在非均質(zhì)含水層中，污染物通常按照類似于“手指狀”的平面圖形沿著水流方向前進；②對于污染物可完全發(fā)生在液相以內(nèi)的反應(yīng)，或從其他相而進行的溶質(zhì)遷移，都可使?jié)舛劝l(fā)生變化；③污染物在遷移過程中會產(chǎn)生一系列能改變巖溶水系統(tǒng)中污染物濃度的化學(xué)和生物化學(xué)反應(yīng)，這些反應(yīng)對污染物的遷移轉(zhuǎn)化有重大影響；④污染物被吸附作用和其他化學(xué)過程從水體向介質(zhì)固體部分的傳輸，可促使被阻滯的污染物前鋒面條前進速率；⑤污染物在裂隙介質(zhì)中的遷移模式，表現(xiàn)為隨時間的推移，污染物將更深入地擴散到孔隙基質(zhì)中去；如果污染物不是連續(xù)的，則孔隙基質(zhì)中的污染物隨著水通過裂隙網(wǎng)絡(luò)的稀釋作用，最終將擴散回到裂隙開口處。這種遷移轉(zhuǎn)化取決于污染物在地下水環(huán)境中的存在形式、富積狀況以及環(huán)境的地球化學(xué)特征。

對流彌散是污染物在巖溶水系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位的遷移方式，是指污染物以溶解態(tài)形式在地下水系統(tǒng)中進行的水動力彌散。在巖溶管道中是由機械彌散和分子擴散同時作用引起的；在巖溶裂隙網(wǎng)絡(luò)中，起主要作用的是機械彌散，分子擴散效果不顯著。

二、病原微生物在包氣帶和含水層中的遷移影響因素

病原微生物在包氣帶和含水層中的遷移能力除了受其存活期長短影響外，還受到吸附作用和過濾作用的控制。

（一）機械過濾作用。細菌的大小為0.5～5，病毒的大小為0.22～0.25。研究表明，砂和砂礫對細菌以及病毒無效；粉土可過濾掉細菌，但對病毒過濾效果不大。

（二）吸附作用。介質(zhì)對病原微生物的吸附作用主要受介質(zhì)條件（如pH值與電導(dǎo)值、土壤組成、飽水和非飽水環(huán)境）和病原微生物類型的控制。

pH值與電導(dǎo)值：病毒像細胞一樣，它們所帶的電荷取決于介質(zhì)的pH值。當(dāng)pH值大于7時，土壤中的病毒均帶負電，兩者產(chǎn)生斥力，幾乎不吸附，易于遷移；而在酸性土壤中易吸附而不遷移。由于污水的電導(dǎo)大于雨水的電導(dǎo)，所以當(dāng)雨水入滲時可使原先吸附在土壤的細菌和病毒解吸，因此雨后常出現(xiàn)地下水病原微生物污染。

土壤組成：土壤組成不同，吸附能力也不同。一般來說，病毒的吸附隨土壤粘粒含量增加而增加。一些研究發(fā)現(xiàn)，紅土（黏土含量占32.5%）截留病毒最有效。鐵的氧化物，特別是磁鐵礦對病毒有很高的親和力，磁鐵礦和赤鐵礦是最有效的病毒吸附劑。

飽水和非飽水流動：一般來說，病原微生物在飽水條件下更易遷移，因為非飽水狀態(tài)下，水以薄膜的形式存在于土壤顆粒表面或沿空隙壁流動，水中病原微生物更接近于土壤顆粒表面，從而增加土壤對它們的吸附。

病毒類型：病毒的吸附與其種類有關(guān)，有些病毒易被吸附，有些不易被吸附。

綜上所述說明，由于病原微生物存活期短，且地下水流動緩慢，加上吸附、拮抗作用等，所以地下水病原微生物污染多為范圍有限的局部污染。

三、巖溶水系統(tǒng)中典型污染物的遷移轉(zhuǎn)化機制

（一）水溶性污染物。水溶性污染物可以任何濃度完全溶于水中。水溶液中無機化合物包括氨和硝酸鹽離子，多數(shù)來源于人類和動物的排泄物，可能是最普遍的無機污染物；此外，水溶液中還有其他的無機水溶性離子，如氯化物和硫酸鹽，以及一些劇毒物質(zhì)，如來源于工業(yè)廢水中的氰化物。還有一些有機物也溶于水，如乙醇、羧基酸，苯酚和一些農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)。

水溶性污染物可隨水流動，在巖溶含水層中，地下水通過土壤的分散滲透，經(jīng)過落水洞和下滲流最終進入管道系統(tǒng)。水溶性污染物的濃度應(yīng)該由水源在主管道中與其他水體混合而被稀釋來確定。由于在暴雨期水體被稀釋，硝酸鹽或其他一些水溶性污染物濃度應(yīng)該減小，盡管暴雨期的水體被稀釋這種現(xiàn)象被觀察到，但在很多情況下觀察到的是污染物在暴雨期的脈動現(xiàn)象。有監(jiān)測資料表明，污染物趨向于在雨水高峰期沿水位曲線上升而達到最高濃度。受暴雨的稀釋影響，在管道泉中污染物濃度變化較大；而在裂隙泉中硝酸鹽濃度相對穩(wěn)定，盡管實際中從一個泉到另一個泉硝酸鹽濃度會變動很大。

（二）比水輕的非水溶相液體。比水輕的非水溶相的液體（LNAPLs）浮于水的表面，汽油、柴油、家用取暖油以及一些相關(guān)的石油烴類是最普遍的例子。汽油是一種由分子量低、相對易揮發(fā)的飽和烴組成的復(fù)雜混合物，也正是芳香烴、苯、甲苯、乙苯以及二甲苯的比例決定了汽油的毒性。

LNAPLs漂浮于地下水面，這種現(xiàn)象已經(jīng)引起了一些突出的環(huán)境問題。當(dāng)?shù)叵滤蚴芏露纬伤習(xí)r，LNAPL也會集聚在一起并暫時被截獲。管道系統(tǒng)通常在水位處形成邊槽，因此在管道分支中以及裂縫系統(tǒng)中，LNAPL污染物趨向于向主管道運移。在洪水期，邊槽被水充滿，具有自由水面的管道就進入管流動態(tài)；集聚在邊槽內(nèi)的LNAPL隨水流上升而消散并對管道頂板產(chǎn)生壓力。管道頂板上的任何洞穴都會對LNAPL的運移構(gòu)成障礙。如果頂板致密不滲漏，LNAPL就會被迫以活塞式流動繞過障礙物，一陣陣的LNAPL也就不斷地沿管道流動。因此，LNAPL泄漏后不會立刻在巖溶泉中出現(xiàn)。相對地，如果頂板上有裂縫，活塞式流動驅(qū)使LNAPL沿裂縫向上運動，蒸汽甚至可以上升進入到地表的構(gòu)造體。發(fā)源地的煙霧問題和被LNAPLs污染的覆在管道系統(tǒng)上的其他構(gòu)造，在LNAPLs初次溢出很久以后可能還會溢出。

（三）比水重的非水溶相液體DNAPLs。比水重的非水溶相液體（DNAPLs）沉于水底，大多是氯化合物或阻燃劑，包括一些分子量小、相對易揮發(fā)的化合物。比水重的有機液體向表層巖溶下部的遷移途徑有各類裂縫、豎井和豎坑，它們在含水層中可能的儲存地點包括洞穴、滲流區(qū)的干洞、潛水區(qū)的裂縫以及主要的管道系統(tǒng)，在管道系統(tǒng)中，DNAPLs在水位以下集聚并與碎屑沉積混合而占據(jù)管道。由于密度的不同，DNAPLs能進入沉積堆的空隙中，在那里它們可以隱藏很長一段時間。

在巖溶地下水盆地邊界附近，地下水位一般比較高，水力梯度由地下水盆地邊界指向管道系統(tǒng)。到達地下水位的DNAPLs不必沿水力梯度方向隨地下水流向管道系統(tǒng)，但可以繼續(xù)垂直入滲到任何低于局部基準(zhǔn)面的儲存空間中，也可以沿著完全不同于水力梯度方向的傾斜層面遷移。

（四）病原體。由于缺少土壤的過濾作用，病毒、細菌、寄生蟲和一些較大的原生動物很容易在巖溶含水層中遷移，其中糞大腸菌群和糞鏈球菌傳播最廣，它們常作為受到污水和動物排泄物污染的指標(biāo)。最受關(guān)注的原生動物是賈第鞭毛蟲，它從動物糞便中以包囊形式釋放出來，常存在于水體表面，隨滲流進入地下水。盡管很久以前就認識到洞穴溪流不能作為飲用水，但事實上許多洞穴溪流和泉水被用來作為家庭水源，有時甚至作為公共水源。由于從下滲流或是由暴雨徑流而進入落水洞的補給水缺少過濾作用，包括致病在內(nèi)的各種微生物很容易進入到地下水系統(tǒng)中。典型微生物的大小從不到微米到幾百微米不等，在細粒沉積物范圍內(nèi)。生物體通過水中的懸浮物遷移，還可通過吸附于沉積顆?；蛴袡C物上而遷移。

（作者單位：深圳市創(chuàng)新投資集團）

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