西北地區地下水污染現狀及風險調查

龔 正，于 琦，汪 嫻，史 俊，鄧慧萍

(同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092)

西北地區位于我國西北內陸，包括新疆維吾爾自治區、青海省、甘肅省、陜西省、寧夏回族自治區和內蒙古自治區。目前，西北地區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總面積的17.7%，主要分布于該區域內陸盆地中心地帶[1]。在西北干旱與半干旱地區，地下水污染嚴重制約著經濟的可持續發展，威脅著人類的健康[2]。因此，本文對西北地區各省市地下水水質進行文獻調研，對近10年內曾發生過地下水污染的區域進行風險預警與防范，具有十分重要的理論意義。

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

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

下文為各省及自治區地下水污染現狀及風險調查結果及污染物處理工藝簡述。

1 甘肅省

武威市涼州區鐵路西南帶的西營河與金塔河灌區，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，加之農業聚集的鄉鎮居多，地下水水質較差，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、蒸發濃縮作用、溶濾作用[9]和人類活動，TDS嚴重超標，水質污染由南向北風險逐漸升高[10]。

2 寧夏回族自治區

寧夏回族自治區各地區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。由于寧夏曾經是飲水型地方性砷中毒區域之一[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 寧夏回族自治區各地區地下水污染情況Tab.3 Groundwater Pollution in Ningxia Hui Autonomous Region

吳忠市金積鎮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，此地區有地下水還有萘和熒蒽等多環芳烴檢出，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，東北部地區更需注重污染的防治[32]。鹽池縣境內石膏分布廣、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，加之鹽化工企業和金屬冶煉企業眾多，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、烏蘭縣、冷湖鎮等地水質較差[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生污染事故，在停產10年后，地下水中Cr6+依然超標，從廠區到湟海渠，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 青海省各地區地下水污染情況Tab.4 Groundwater Pollution in Different Regions of Qinghai Province

4 內蒙古自治區

內蒙古自治區各地區地下水污染情況如表5所示。呼和浩特市區西南部和托克托縣為糧食產區[44]，由于污水灌溉、畜禽養殖、施肥過度[45]，加之制藥和煤化工企業的廢水排放，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-池沼還原性沉積環境，故而土默特左旗哈素海[49]和托克托縣雙河鎮、古城鄉、五申鎮三價砷含量超標風險非常大[50]。同時，該區域螢石含量高，桃花鄉東北部[51]和黑城以東[52]地區，尤其是五申鎮乃只蓋鄉[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，加之工農業活動，昆都侖區、東河區東南部和青山區南部地下水還應注意石油類、揮發酚、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年代曾經發生過嚴重氟污染，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仍應注意防范氟超標風險[57-59]。阿魯科爾沁旗地區地處大草原，地下水受到生活污水污染，又缺乏水質凈化和消毒設施，有細菌總數和總大腸菌群數超標風險[60]。

表5 內蒙古自治區各地區地下水污染情況Tab.5 Groundwater Pollution in Inner Mongolia Autonomous Region

通遼市科爾沁區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、氟原生環境背景值較高，超標風險較大,同時，受人類活動及工農業生產影響，“三氮”也有超標風險[62]。值得注意的是，科爾沁區由于氣候、地形地貌、巖石性質、水化學類型等諸多因素，20世紀90年代也為氟中毒病區，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]。達拉特旗地區從西南到東北地下水水質變差，由淡水變為咸水，有TH和TDS超標風險[65]。

巴彥淖爾市杭錦后旗曾是內蒙古最嚴重的砷中毒區[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、沙海鎮地區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境，Fe2O3的溶解和有機質的分解均可促進碘的富集，沙海鎮、蠻會鎮和三道橋鎮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境中易溶于水，需注意氟超標風險的防范[74]。由于農業發達，武川縣的西官井和張正恒地區、四子王旗的牛房灘和三元井地區也需防范“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

阿克蘇市、阿瓦提縣、烏什縣和柯坪縣同樣需注意無機常規離子的超標。同時，該地區磷灰石、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帶到低洼處，隨后的蒸發作用使得離子濃縮，導致阿瓦提縣新大河兩岸地區、臺蘭河灌區和庫托河灌區含氟量嚴重超標[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，加之含砷農藥的噴灑，溫宿縣古勒阿瓦提鄉、阿瓦提縣烏魯卻勒鎮和柯坪縣玉爾其鄉需尤其注意砷超標[99]。

塔城盆地位于地下水排泄區，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，零星分布在工礦企業、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]；由于原生地質環境和人類活動，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、造紙廠等工業污染源，農場、養殖場等農業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、且木-若羌地區和焉耆盆地地區還需注意三氯甲烷、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超標風險較大。奎屯地區是中國大陸第一個砷中毒病區[120]，砷元素來自當地的沉積環境和山區構造山脈的煤層[121-122]，濃度從南向北逐漸升高。烏蘇市由于農業生產中的地膜、農藥、化肥對地下水的污染，主要表現為部分地區氟、砷、碘超標，需預防地方性氟中毒、砷中毒、甲狀腺腫病的發生[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化學指標的超標，源縣別斯托別鄉、尼勒克縣克令鄉和霍城縣清水河鎮需注意無機毒理指標的超標[124]。

石河子市自南向北傾斜，北部地區水力坡度小，故而地下水水質由南向北逐漸變差[125]。地區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，平原區北部靠近沙漠區需注意氟化物和砷超標。此外，地區主要為農業區，瑪河和塔西河周邊農墾區的化肥、農藥和殺蟲劑等會導致“三氮”超標[126]。

表6 新疆維吾爾自治區各地區地下水污染情況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。由于工業發達，大量含Cr6+的廢水未經處理直接排入河道，導致山前傾斜平原區中部區域(乾縣及禮泉縣城周邊)和南部臺塬區域(阡東鎮-興平-咸陽市三角區)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，地下水存在氟污染現象[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，超標點主要出現在南部深層的還原性地下水中。硝酸鹽主要來源于農業施肥、生活污水和含氮工業廢水的排放，重污染地區位于金鎖關鎮、王石凹鎮及王家河鎮[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，蒸發強烈，F-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，高碘病區主要位于蒲城、大荔縣城以及富平縣。其中，富平縣高碘區域不僅出現高碘水，還共生有高氟水，部分地區還出現高砷水[144]。

延安市需注意苦咸水、氮素超標問題。河谷區域包氣帶巖性松散，溶濾作用強，水位埋深較淺、蒸發濃縮作用強，淺水的TDS含量大部分都超標。此外，柳林鎮、河灣鎮、河莊坪鎮由于人口稠密、農業發達，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，其受蒸發作用、離子交換作用以及堿性環境影響而溶解富集在檸條梁、王渠、席麻灣地區附近[150]。同時，靖邊縣西南、中南部為農灌區，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，地表的污染物質容易進入地下水。同時，由于人口密集，生活污水和工業廢水排放防滲措施較差，加之蔬菜種植區的農藥、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-溶解于承壓水中，濃度超標[153]。

7 結論

西北地區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代化程度較高的鄉鎮，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、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，硝酸鹽污染易發生于弱堿性氧化環境中，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，如內蒙古自治區、陜西省、蘭州市、靈武市、固原市、龍首山山區、阿克蘇地區、和田地區、塔城地區、喀什地區等。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，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境。有機質污水的入滲消耗地下水中氧氣，形成還原環境，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境來有效防范。