煤铁残渣对表层岩溶泉水化学特征及其溶解无机碳的影响研究——以重庆市南川区柏树湾泉和后沟泉为例

摘要

工业固体废弃物是全球十大环境问题之一，它不仅侵占土地，而且污染土壤、地下水，其中的有害物质最终通过食物链影响着人类身体健康。在岩溶区，由于其特殊的水文地质结构造就了脆弱的自然环境，工业固体废弃物带来的影响更为严重和突出，一方面固体废弃物中有毒有害物质可能随降雨下渗至土壤层及含水层，造成土壤及地下水污染，另一方面固体废弃物中酸性物质经长期氧化后会产生强酸，这部分强酸同碳酸盐岩发生化学反应后，干扰岩溶碳汇。
　　本文以此为题，选取重庆南川柏树湾泉（无残渣）和后沟泉（有残渣）为研究对象，通过对比两地土壤及土壤水理化性质、表层岩溶泉水化学特征，探讨工业固体废弃物（煤铁残渣）对岩溶区土壤及水文系统的影响;通过分析两泉点溶解无机碳(DIC)及溶解无机碳损失量(△DIC)变化特征，进一步探讨工业固体废弃物（煤铁残渣）对岩溶碳汇的影响。通过研究得出以下初步结论:
　　(1)室内模拟实验表明:煤铁残渣中含有大量硫化物，随着残渣不断氧化，产生的硫酸不但会造成土壤酸化，还能促使土壤中更多的碳酸盐岩矿物溶解，使土壤中淋滤出的Ca2+、Mg2+量增加，但是HCO3-量减少;煤铁残渣中重金属种类多且含量较高，但是由于土壤对重金属的吸附作用，煤铁残渣中的重金属可能会造成土壤污染，但不一定会造成地下水污染。
　　(2)煤铁残渣直接作用于土壤，影响着土壤及土壤水理化性质特征。无残渣影响下的柏树湾土壤为典型石灰土，质地粘重，而且土壤剖面上Ca、Mg含量均表现为A层＜AB层＜B层，土壤水为HCO3-Ca型;受煤铁残渣影响的后沟，由于土壤中混合了大量残渣，表层土壤质地变得疏松，土壤剖面上Mg含量表现为A层＜AB层＜B层，但是Ca含量却表现为B层＞A层＞AB层，土壤水为SO4-Ca型。煤铁残渣不仅影响着土壤的理化性质，其中的重金属也造成了土壤污染。未收污染的柏树湾土壤中虽含有重金属，但是其含量均在自然背景值范围内，并未造成污染，而受残渣污染的后沟土壤中重金属含量较高，其中Zn、Cu含量均高于国家二级标准，由此表明煤铁残渣中的Zn、Cu已经对后沟土壤造成了污染;Cr、Pb含量虽低于国家二级标准，但均高于国家一级标准，表明煤铁残渣中的Cr和Pb对后沟土壤有潜在威胁，随风化程度加深或外界环境变化可能对土壤造成污染。
　　(3)煤铁残渣氧化产生的硫酸参与到流域碳酸盐岩溶蚀过程中时，一方面影响着岩溶地下水水化学特征:无残渣影响的柏树湾泉，以Ca2+和HCO3-为主要离子，水化学类型为HCO3-Ca型;残渣影响下的后沟泉，以Ca2+、SO42-和HCO3-为主要离子，水化学类型为HCO3·SO4-Ca型。柏树湾泉雨季时的水化学特征主要受降雨稀释效应影响，电导率、TDS和Ca2+都有明显的降低趋势，而后沟泉在煤铁残渣氧化产生的硫酸影响下，雨季时电导率、TDS和Ca2+都表现为先升高再降低的趋势。另一方面会干扰碳酸盐岩化学风化产生的岩溶碳汇:无残渣影响的柏树湾泉DIC高，且受其它酸影响产生的△DIC低，而后沟泉DIC低，且由于受来自残渣氧化的硫酸影响，△DIC高，表明煤铁残渣氧化严重影响了后沟流域内的岩溶碳汇。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题目的和意义

1．1．1 工业固体废弃物产出量巨大

1．1．2 工业固体废弃物的危害性

1．1．3 工业固体废弃物对岩溶地下水的影响

1．2 国内外研究现状

1．2．1 岩溶地下水系统

1．2．2 工业固体废物污染研究

1．3 科学问题的提出

1．4 主要研究内容及技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 研究区概况及研究方法

2．1 研究区概况

2．1．1 柏树湾泉域概况

2．1．2 后沟泉域概况

2．2 样品采集及实验方法

2．2．1 土样采集及测试

2．2．2 水样采集及测试

2．2．3 室内模拟实验

第3章 煤铁残渣对岩溶系统影响的可能性研究

3．1 淋滤液中pH、EC及SO42-随时间的变化规律

3．2 淋滤液中Ca2+、Mg2+、HCO3-随时间的变化规律

3．3 淋滤液中重金属随时间的变化规律

3．4 本章小结

第4章 煤铁残渣对土壤及土壤水的影响研究

4．1 煤铁残渣对土壤理化性质的影响

4．2 煤铁残渣对土壤重金属含量的影响

4．3 煤铁残渣对土壤水理化性质的影响

4．4 本章小结

第5章 煤铁残渣对岩溶水化学特征及溶解无机碳的影响

5．1 不同表层岩溶泉水化学类型

5．2 不同表层岩溶泉水化学动态变化及对比分析

5．2．1 表层岩溶泉温度、pH、电导率和TDS的变化特征

5．2．2 表层岩溶泉HCO3-、Ca2+和Mg2+的变化特征

5．2．3 表层岩溶泉K+、Na+和Cl-的变化特征

5．2．4 表层岩溶泉SO42-和NO3-的变化特征

5．3 表层岩溶泉水地球化学特征的影响因素

5．3．1 岩溶地质背景

5．3．2 降雨淋溶与稀释效应

5．3．3 人类活动影响

5．4 残渣对表层岩溶泉水溶解无机碳的影响

5．4．1 表层岩溶泉水溶解无机碳(DIC)浓度动态变化特征

5．4．2 表层岩溶泉水溶解无机碳损失量(ΔDIC)变化特征

5．4．3 岩溶地下水溶解无机碳来源分析

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究结论

6．2 不足与展望

参考文献

致谢

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