西北地区地下水污染现状及风险调查

龚 正，于 琦，汪 娴，史 俊，邓慧萍

(同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

西北地区位于我国西北内陆，包括新疆维吾尔自治区、青海省、甘肃省、陕西省、宁夏回族自治区和内蒙古自治区。目前，西北地区地下水主要超标项目为总溶解固体(TDS)、总硬度(TH)、硝酸盐、氯化物和氟化物等，不可直接利用的地下水分布面积占该区总面积的17.7%，主要分布于该区域内陆盆地中心地带[1]。在西北干旱与半干旱地区，地下水污染严重制约着经济的可持续发展，威胁着人类的健康[2]。因此，本文对西北地区各省市地下水水质进行文献调研，对近10年内曾发生过地下水污染的区域进行风险预警与防范，具有十分重要的理论意义。

根据《地下水质量标准》(GB/T 14848—2017)和《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，地下水各指标限值如表1所示。

表1 地下水水质指标限值Tab.1 Limits for Groundwater Quality Indices

下文为各省及自治区地下水污染现状及风险调查结果及污染物处理工艺简述。

1 甘肃省

武威市凉州区铁路西南带的西营河与金塔河灌区，尤其是臧家大庄至陈家庄一带、新城以北地段[7]，地势低洼，地下水流速较慢，各污染物容易富集，加之农业聚集的乡镇居多，地下水水质较差，需防范地下水污染[8]。民勤县(民勤盆地)由于阳离子交换作用、蒸发浓缩作用、溶滤作用[9]和人类活动，TDS严重超标，水质污染由南向北风险逐渐升高[10]。

2 宁夏回族自治区

宁夏回族自治区各地区地下水污染情况如表3所示。银川市黏土中含氟量和铁、锰含量均较大，岩石的风化、地下水的蒸发浓缩和阳离子的交替吸附导致地下水有氟化物、碘化物和铁、锰、砷超标的风险[22-24]。由于银川平原地下水为还原性偏碱性条件，且TDS较低，砷含量超标[25]成为饮水健康风险的最主要污染物。由于宁夏曾经是饮水型地方性砷中毒区域之一[26]，要尤其注意砷超标风险的防范，建议用离子交换法、吸附法、膜分离及铁锰氧化法防治[27]。此外，由于除氟效果好、管理难度低、稳定性好，水厂可考虑使用纳滤+超滤技术对饮用地下水出厂水集中除氟[28]。

表2 甘肃省各地区地下水污染情况Tab.2 Groundwater Pollution in Different Regions of Gansu Province

表3 宁夏回族自治区各地区地下水污染情况Tab.3 Groundwater Pollution in Ningxia Hui Autonomous Region

吴忠市金积镇的造纸废水排入南干沟，导致金积水源地上游以及南干沟沿线TDS、氨氮、锰含量超标风险较高。同时，此地区有地下水还有萘和荧蒽等多环芳烃检出，应注意有机物污染的防范[31]。青铜峡市地下水中的离子主要来自岩石矿物的溶解，由于地下水由西南流向东北，东北部地区更需注重污染的防治[32]。盐池县境内石膏分布广、厚度大，地下水TDS和氟污染风险极高，由此还引起了严重的地方病[33]。

3 青海省

海西蒙古族藏族自治州由于盆地较多，地下水流速慢，加之盐化工企业和金属冶炼企业众多，污染物易汇集而超标，盆地中央、小柴旦湖及大苏干湖附近有标超风险，尤其是西北部的茫崖镇、乌兰县、冷湖镇等地水质较差[40]。

海南藏族自治州贵德盆地入侵岩铁锰矿物中富含砷元素，加之地热资源丰富，地热水的高温、弱碱、还原性环境会导致砷的溶出和迁移，超标风险较大[41-42]。

海北藏族自治州海北化工厂曾发生污染事故，在停产10年后，地下水中Cr6+依然超标，从厂区到湟海渠，从泉集河到上星火村依然存在带状污染，可采用抽水法、置换被污染地层和清理固体污染源的方法综合治理[43]。

表4 青海省各地区地下水污染情况Tab.4 Groundwater Pollution in Different Regions of Qinghai Province

4 内蒙古自治区

内蒙古自治区各地区地下水污染情况如表5所示。呼和浩特市区西南部和托克托县为粮食产区[44]，由于污水灌溉、畜禽养殖、施肥过度[45]，加之制药和煤化工企业的废水排放，有TH和“三氮”超标的风险[46-47]。呼和浩特盆地中部处于大黑河与黄河冲湖积平原中心[48]，为典型的湖洼-池沼还原性沉积环境，故而土默特左旗哈素海[49]和托克托县双河镇、古城乡、五申镇三价砷含量超标风险非常大[50]。同时，该区域萤石含量高，桃花乡东北部[51]和黑城以东[52]地区，尤其是五申镇乃只盖乡[53]，氟超标风险也非常大。

包头市TDS含量由东北向西南逐渐增高，包钢渣坝、昆河排污渠附近超标风险较大[54]。由于地势平坦，地下水埋深浅，加之工农业活动，昆都仑区、东河区东南部和青山区南部地下水还应注意石油类、挥发酚、氰化物等化工污染防治[55]。

赤峰市富氟矿物分布广泛[56]，在20世纪90年代曾经发生过严重氟污染，全市人口氟骨症和斑釉齿比例达61‰，近年来情况虽然有所改善，但李家园子至达林台淖尔地区仍应注意防范氟超标风险[57-59]。阿鲁科尔沁旗地区地处大草原，地下水受到生活污水污染，又缺乏水质净化和消毒设施，有细菌总数和总大肠菌群数超标风险[60]。

表5 内蒙古自治区各地区地下水污染情况Tab.5 Groundwater Pollution in Inner Mongolia Autonomous Region

通辽市科尔沁区地下水属于高矿化度、重碳酸盐类的弱碱性硬水[61]，TDS自西向东逐渐升高，铁、锰、氟原生环境背景值较高，超标风险较大,同时，受人类活动及工农业生产影响，“三氮”也有超标风险[62]。值得注意的是，科尔沁区由于气候、地形地貌、岩石性质、水化学类型等诸多因素，20世纪90年代也为氟中毒病区，当时利用氧化铝和麦饭石降氟，当下也应注意氟超标风险的防范[63]。

鄂尔多斯盆地石炭系-侏罗系地下水硝酸盐污染因过度施肥导致，白垩系地下水硝酸盐污染由黄铁矿氧化、石油天然气开采导致，硝酸盐都有超标风险[64]。达拉特旗地区从西南到东北地下水水质变差，由淡水变为咸水，有TH和TDS超标风险[65]。

巴彦淖尔市杭锦后旗曾是内蒙古最严重的砷中毒区[70]，在2008年，扇前洼地砷依然超标900多倍。由于狼山富含大理岩、片麻岩、板岩等富砷矿石[71]，地下水处于强还原带，五原县、沙海镇地区应尤其注意防范砷超标风险[72]，可用海泡石和粉煤灰除砷。同时，由于地下水处于弱碱还原性环境，Fe2O3的溶解和有机质的分解均可促进碘的富集，沙海镇、蛮会镇和三道桥镇还应注意碘超标风险[73]。

乌兰察布市地下水同样为还原弱碱性水，花岗岩等含氟硅酸盐矿物在此环境中易溶于水，需注意氟超标风险的防范[74]。由于农业发达，武川县的西官井和张正恒地区、四子王旗的牛房滩和三元井地区也需防范“三氮”超标风险[75]。

锡林郭勒盟气候条件干燥，锡林浩特市需注意TH、氟化物和铁锰超标问题[76]，东乌珠穆沁旗需注意TDS、氟化物和硼超标问题[77]。同时，由于各旗县地处草原，动物粪便降解后进入地下水，需注意“三氮”超标问题[78]。

5 新疆维吾尔自治区

阿克苏市、阿瓦提县、乌什县和柯坪县同样需注意无机常规离子的超标。同时，该地区磷灰石、萤石、云母等[96]含氟岩石分布广，台兰河等地表水和冰雪融水一起将氟化物从山区带到低洼处，随后的蒸发作用使得离子浓缩，导致阿瓦提县新大河两岸地区、台兰河灌区和库托河灌区含氟量严重超标[97]，成为了新疆地方性氟中毒防治重点地区之一[98]。由于岩石中的砷元素在偏碱性条件下会从针铁矿、水铝矿中释放到水体，加之含砷农药的喷洒，温宿县古勒阿瓦提乡、阿瓦提县乌鲁却勒镇和柯坪县玉尔其乡需尤其注意砷超标[99]。

塔城盆地位于地下水排泄区，重污染点主要分布在塔城市、额敏县及其周边人口密集地区，零星分布在工矿企业、污水处理厂、垃圾填埋场周围[104]。同时，由于含氟岩石风化溶解，盆地南部扇前洼地和中部洼地应注意氟超标[105]；由于原生地质环境和人类活动，盆地北部塔尔巴哈台铜成矿带、盆地中部巴尔鲁克成矿带以及盆地南部哈图成矿带、包古图铜钼成矿带需注意铁锰超标[106]。

巴音郭楞蒙古自治州博斯腾湖流域和焉耆盆地矿物众多，静县西南部、博湖县东北部、焉耆县西南部，和硕县地区需注意锰、镍、铜、铬和锌等重金属超标风险[112-114]。由于存在化工厂、造纸厂等工业污染源，农场、养殖场等农业污染源和污水处理厂、垃圾填埋场等生活污染源，博斯腾湖地区、且木-若羌地区和焉耆盆地地区还需注意三氯甲烷、甲苯、二氯乙烷等有机污染物和“三氮”超标的可能[115-118]。

伊犁哈萨克自治州南面为天山，北面是库尔班通古特沙漠，地势从南向北逐渐降低[119]，故而北部地下水水质超标风险较大。奎屯地区是中国大陆第一个砷中毒病区[120]，砷元素来自当地的沉积环境和山区构造山脉的煤层[121-122]，浓度从南向北逐渐升高。乌苏市由于农业生产中的地膜、农药、化肥对地下水的污染，主要表现为部分地区氟、砷、碘超标，需预防地方性氟中毒、砷中毒、甲状腺肿病的发生[123]。伊犁河察布查尔县和伊宁市段两侧地带需注意无机常规化学指标的超标，源县别斯托别乡、尼勒克县克令乡和霍城县清水河镇需注意无机毒理指标的超标[124]。

石河子市自南向北倾斜，北部地区水力坡度小，故而地下水水质由南向北逐渐变差[125]。地区南部的煤系地层富含氟元素与砷元素，加之电厂废物的排放，平原区北部靠近沙漠区需注意氟化物和砷超标。此外，地区主要为农业区，玛河和塔西河周边农垦区的化肥、农药和杀虫剂等会导致“三氮”超标[126]。

表6 新疆维吾尔自治区各地区地下水污染情况Tab.6 Groundwater Pollution in Xinjiang Uygur Autonomous Region

6 陕西省

表7 陕西省各地区地下水污染情况Tab.7 Groundwater Pollution in Various Regions of Shaanxi Province

咸阳市需注意氟和Cr6+超标风险的防范。由于工业发达，大量含Cr6+的废水未经处理直接排入河道，导致山前倾斜平原区中部区域(乾县及礼泉县城周边)和南部台塬区域(阡东镇-兴平-咸阳市三角区)存在Cr6+污染[141]。同时，咸阳市北山以南的黄土台塬、阶地平原和洪积扇前缘地区，地下水存在氟污染现象[142]。

铜川市需防范TH、硝酸盐、铁超标风险。TH主要来源于石膏岩、方解石和白云石的风化、溶解等。铁元素主要来自地层岩性，超标点主要出现在南部深层的还原性地下水中。硝酸盐主要来源于农业施肥、生活污水和含氮工业废水的排放，重污染地区位于金锁关镇、王石凹镇及王家河镇[143]。

渭南市需特别注意氟化物、硝酸盐、碘超标风险的防范。由于第四纪堆积物中含氟矿物较多，弱碱性地下水有利于F-的溶滤作用[144]，入渗到地下水后随地下水流由北向南逐渐迁移[145]，至朝邑、安仁和许庄一带，地下水位埋深较浅，蒸发强烈，F-浓缩富集，高氟地下水形成[146]。氟化物超标比例最高的是澄城和合阳县，其次是富平、蒲城和大荔县[147]。同时，富平县东南部和西部以及蒲城县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，高碘病区主要位于蒲城、大荔县城以及富平县。其中，富平县高碘区域不仅出现高碘水，还共生有高氟水，部分地区还出现高砷水[144]。

延安市需注意苦咸水、氮素超标问题。河谷区域包气带岩性松散，溶滤作用强，水位埋深较浅、蒸发浓缩作用强，浅水的TDS含量大部分都超标。此外，柳林镇、河湾镇、河庄坪镇由于人口稠密、农业发达，需注意防范硝酸盐超标[149]。

榆林市需防范氟化物和硝酸盐超标。榆林市西部存在风积黄土层沉积物，其中，有磷灰石、云母等含氟矿物，其受蒸发作用、离子交换作用以及碱性环境影响而溶解富集在柠条梁、王渠、席麻湾地区附近[150]。同时，靖边县西南、中南部为农灌区，含氮化肥的施用导致地下水硝酸盐偏高，浓度由西向东递减[151]。

汉中市氟化物和硝酸盐也具有超标风险，但风险略小于榆林市。城区南部地下水埋藏较浅，包气带薄，自净能力差，地表的污染物质容易进入地下水。同时，由于人口密集，生活污水和工业废水排放防渗措施较差，加之蔬菜种植区的农药、化肥施放量大且高频，硝酸盐含量较高[152]。此外，氟化物在汉中市普遍存在，具有东部含量高、西南部及北部含量低的特点。特别是东郊水源地地下水过度开采，F-溶解于承压水中，浓度超标[153]。

7 结论

西北地区地下水主要存在下列指标超标风险。

(2)“三氮”超标风险。此类污染常见于人口稠密的城市和现代化程度较高的乡镇，如陕西省全省、兰州市、张掖市、呼和浩特市、包头市、赤峰市、通辽市科尔沁地区、鄂尔多斯市杭锦旗、呼伦贝尔市阿荣旗、乌兰察布市四子王旗等。含氮化肥的过度施用、工业废水的排放、生活污水的灌溉等均为潜在污染源。其中，硝酸盐污染易发生于弱碱性氧化环境中，故而与铁锰污染、砷污染不常同时存在。针对硝酸盐污染，可用物化修复技术、化学还原技术和生物修复技术处理。物化法主要包括离子交换、蒸馏法、反渗透、吸附法等，一般将硝酸盐集中在介质或废液中而没有彻底去除。化学还原技术可分为催化还原法和活泼金属还原法，缺点是副产物较多。生物修复技术高效低耗，其成为目前地下水中硝酸盐去除的主流方法。

(3)氟超标风险。此类污染常见于磷灰石、萤石、云母等含氟岩石富集处，如内蒙古自治区、陕西省、兰州市、灵武市、固原市、龙首山山区、阿克苏地区、和田地区、塔城地区、喀什地区等。弱碱性、高钠离子、高碳酸氢根离子、高TDS和低钙离子的地下水区域，氢氧根会将矿物晶格中的氟元素置换释放到水体，需尤其防范氟超标风险。小水量地下水除氟常用吸附法，吸附剂主要有活性氧化铝、改性沸石、羟基磷灰石、氧化锆等；大水量地下水除氟常用絮凝沉淀/过滤法，常用絮凝剂主要有氢氧化铝、氯化铝和硫酸铝等。

(4)铁锰超标风险。铁超标与锰超标常相伴出现，常见于磁铁矿、赤铁矿等原生沉积矿物富集处，地下水特征为中性或弱碱性还原环境。有机质污水的入渗消耗地下水中氧气，形成还原环境，铁、锰元素被还原，同时钠、钙离子将铁、锰离子置换下来进入地下水。兰州市、通辽市、锡林浩特市、延安市、石羊河流域、酒泉东盆地、银川平原、呼和浩特盆地、鄂尔多斯盆地、杭锦后旗等地需防范铁、锰超标。针对该污染，可采用氧化法、离子交换法和活性炭吸附法去除污染离子，或间歇性对地下水进行曝气以破坏还原环境来有效防范。