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体积2023年| 文章的ID6628095| https://doi.org/10.1155/2023/6628095

发生、来源和动员的铁、锰、砷污染浅含水层

Md。Shajedul伊斯兰教¹ 和m·g . Mostafa ¹

学术编辑器: Venkatramanan Senapathi

收到了 2023年2月02

修改后的 05年4月2023年

接受 2023年5月15

发表 2023年6月3日

文摘

本调查旨在探索动员和来源的铁、锰、蓄水层通过地球化学特征,空间分析和统计方法。分析结果表明,平均浓度的铁(10.17 mg / L),锰(3.6 mg / L)交叉指导价值但在所有样本。在这项研究中,高浓度的溶解有机碳、盐度、总硬度、log10p二氧化碳;溶解氧的低价值;和一些氧化组样本影响铁和锰风化的还原环境。调查说明,两种金属的来源上平台整合粉砂质土壤和地下蓄水层沉积物,然而,在河谷,他们来自丰富的粘土层中的铁和Mn-bearing结节和潮汐泥浆。此外,河流量的频繁波动,多余的水采矿和不平衡充电/放电率的原因是两种金属的浓度更高。相关矩阵和铁和锰redox-sensitive水变量的因子分析证实,有利的还原情况下促进铁和锰释放过程。研究也表明形成金属络合物的重大可能性有机和无机物质。高铁和锰的溶解矿物质的原因是吸附,导致更少的释放到地下水。这个调查提供了一个依据地下水的合理使用和保护公共卫生区高铁和锰的内容。

1。介绍

地下水是饮用水和灌溉用水的主要来源上恒河的孟加拉国的冲击平原地区(1,2]。地下水中重金属污染已经成为严重威胁环境系统和人类健康3,4]。在水污染物、铁(Fe)、锰(Mn)和砷()中存在的化学物质造成地球成因学的和人为来源,包括土壤、岩石、工业废物,地下水的矿产5,6,7,8]。这种类型的污染非常普遍,世界正面临最大的挑战在可持续水资源管理,包括孟加拉国(9和其他国家,如意大利(10)、阿根廷(11),中国(12,13)和印度尼西亚(8]。在这种情况下,需要进行调查发现污染物的来源。几项研究[12- - - - - -19)研究了铁和锰的存在和来源在地下水系统内不同地形和地质设置。作者观察到,孟加拉国北部和西北部地区的地下水是高度Ca-hardness丰富,铁,锰(1]。特别是在本研究区,水的外表和测试可以证明这个特点。然而,没有调查进行了两种金属的实际解散机制在当前方解石含水层。这是至关重要的识别这两种金属在当地的真正起源含水层和过程将如何控制地下水。

铁和锰是两个最常见的金属在环境中,因此,人类暴露于大量的这些元素,存在于自然水和食品。铁染色可以洗衣服,卫生洁具,导致存款水循环系统中残留的20.]。被认为是不受欢迎的在水含量超过标准的价值(0.3 mg / L),导致水浊度的变化,颜色和味道(11,21]。不良健康效应的铁和锰,包括慢性中毒,肺栓塞,神经损伤,支气管炎,阳痿,震颤麻痹(22,23]。过剩,会有严重的健康财产居民,一起皮肤癌和其他心血管疾病,血液病学的,神经、肾、和呼吸问题[24]。全国饮用水质量指南的铁、锰、孟加拉国是0.3到1.0,0.1,和0.05 mg / L,分别为(25]。灌溉用水装满一个高水平的铁和锰引起视觉问题作物/植物和土壤环境及其对灌溉设备的积累会导致堵塞发射器(26,27]。

铁和锰广泛起源于土壤、沉积物和地下蓄水层,和他们有相似的地球化学特征在水生环境和发生在溶解、胶体、离子和有机,inorganic-metal复合物在水12,17,28]。他们的氧化形式(Fe^{3 +}和锰^{4 +})不溶性,尽管减少形式(Fe^{2 +}和锰^{2 +})有较大的溶解度21]。水含有铁和锰是无色的,但一旦接触空气,多云和浑浊的由于胶体形成铁的氧化^{2 +}和锰^{2 +}(29日]。这个过程发生通过均匀氧化溶解氧(做),异构氧化吸附在表面上,由iron-oxidizing细菌生物氧化(13]。

在饱和区,风化的铁、锰,和As-loaded岩石通过主要矿物的溶解过程是由众多的环境问题和控制氧化还原条件(11,12]。还原条件下地下水系统中很常见,这种情况已经支持这些金属的溶解(30.- - - - - -32]。减少环境的潜力通常取决于一些自然水成分的浓度,如溶解有机碳(DOC),解散公司₂,没有₃^{- - - - - -},阿宝₄^{3 -},所以₄^{2 -}和HCO₃^{- - - - - -}和其他一些参数,如pH值,EC,嗯12,17,30.]。通过这些因素的参与,铁^{2 +}和锰^{2 +}在岩石形成可能释放到水相氧化值相同的各种化学反应。在这种情况下,除了医生,所有上述组件接受电子和创造良好的还原环境33- - - - - -35]。包括这还原条件下,地下水的停留时间,深度,和总盐度的重要因素导致地下水铁和锰的溶解和运动系统(10,36]。另一方面,解散和动员主要取决于铁和锰风化过程。砷是无侧限从含砷的还原风化FeO说(哦)。后会发生氧化还原过程,细菌氧化的有机物质消耗,没有₃^{- - - - - -},NH₄⁺(微生物的营养物质)37- - - - - -41]。地球成因学的过程中,人为操作也可以有助于释放铁、锰、进入地下水,因为这些元素经常利用在农业、工业、或用垃圾填操作(42]。

不仅化学影响,而且一些自然和外部因素参与铁的溶解速度,Mn,。许多研究(如。,5,12,17]have explored the complex influences of local soil properties, lithological settings, weather conditions, and geomorphology of the study area on the mobilization rate of Fe, Mn, and As in groundwater. These three metals are dispersed regularly in the following environments: a blanket of clay deposits in the sublayer, unbalanced recharge and discharge ratios of water, variations in river flow, river basin, and deltaic floodplain areas, geological formations rich in organic matter, fine particle sediments/soil, etc. [13,43]。

恒河平原上,孟加拉国粮食增长的重要组成部分,是一种独特的区域地下水高铁和锰的含量。几项研究恒河泛滥平原地区地下水主要集中在省级和地方水文地球化学特征和地下水的起源包含了,铁,锰水平在特定区域。然而,有限的调查所涉及的几个因素和机制高金属含量的因果关系在浅层地下水在当地规模已经完成。连接到源和机制动员含水层的铁和锰是没有完全意识到,和人类活动的影响在地下水铁和锰载荷区域规模需要探索。这次调查的目的是(a)评估的分散,铁、Mn在研究区浅层地下水;(b)发现地球成因学的和人为的因素影响铁和锰水平利用统计技术;和(c)认识到解散机制导致研究区地下水铁和锰含量高和低的水平。地下水样品的地球化学数据集是用于各种统计分析、多变量测试,计算机程序,和化学涉及这些过程。这项研究的结果将提供数据well-remediation方法以及保护居民的健康。

2。材料和方法

2.1。研究区和水文地质的形成

研究区是库什地区,孟加拉国的中西部区域,放置在23°41和24°11北纬度和89°22东经度。这个区域的面积是约1600公里²拥有236.7万人口的(44]。本研究区域包围莲花河(恒河),和其他three-branched河流产生很大的三角洲冲积层沉积(图1)。土层进行归类的恒久的地形,这似乎景观水平提高约30英尺在海面之上,但在一些地区,它由浅抑郁和边缘略高(45]。抽样站与S1 S10是坐落在一个相对低地形梯度的低地区域。一项研究[41)证实,浅含水层的地下水在该研究领域主要是方解石(Ca-HCO类型₃相)。调查区域覆盖的主要含水层分布在表面的松散冲积沉淀物透水砂、粉土和粘性土。地质研究的区域由年轻的冲积沉积,三角洲淤泥沉积,流和泛滥平原沉积,钙质砂岩,集团(44,46]。随着地下水文地质信息,似乎好含水层之间的这部分保持25和140米深度(47]。当地含水层的厚度不同的物品基岩含水层的深度和横向水平。在研究区域地下水运动路线从东北到西南典型。研究区包围亚热带潮湿的天气温暖和下雨的季风和明显的冬天干燥的时期。总共收到降雨1167毫米/ y (44]。大约95%的地下水利用农业行动,和持久的部分是用于国内的目的48]。因此,地下水质量评价应该用于灌溉和国内在这一领域。

2.2。抽样活动和分析

地下水样本收集的两个时期,即,premonsoon(人口、难民和移民事务局)和postmonsoon (POM)的2020年。共40个样本收集的浅含水层(深度:16-54 m),但七起源于semideep含水层(深度:97 - 110)(图1)。15分钟后的水样收集抽水和聚乙烯瓶,与10%盐酸溶液水洗,最后用蒸馏水冲洗。采样和分析都完成后,美国环保署指南(49]。所有的样品被运到实验室化学和光谱分析。地下水温度、浊度、电导率(EC)、pH值、溶解氧(做)计算后立即使用便携式万用表工具允许样本与大气接触。总硬度(TH)和重碳酸盐(HCO₃^{- - - - - -})被滴定分析法测定,硝酸盐(NO₃^{- - - - - -})和硫酸盐(₄^{2 -}使用紫外分光光度计)估计。溶解有机碳(DOC)估计的总有机碳(TOC)分析器。铁和锰被原子吸收分光光度法估计,以及被原子荧光光谱测量。样品分析数据的可靠性是纵横交错的相对误差阳离子和阴离子毫当量和样本的误差低于5%。

2.3。统计研究

之间的相关性和因子分析进行了铁、锰、,和一些盟军理化参数利用SPSS 22.0软件程序。金属溶解在含水层的影响因素是决定使用多元分析。两个变量之间的线性相关的力量数量或程度的协会是由皮尔森相关矩阵系数来判断, 。主成分分析(PCA)被选中,因为它是一个至关重要的有用的工具来分析不同的地下水之间的相互关系(50,51]。分析了相互地干扰因素所形成的水岩接触,水混合不同的起源,和人类起源的影响(52]。一旦上述两个变量同时测量,多元线性回归测试是用来评估他们的相互关系53]。有限公司的分压₂在含水层水,日志₁₀p有限公司₂是由PHREEQC v.3.0 [54]。最后,菲^{2 +}和锰^{2 +}从地球成因学的起源是评估使用对数正态概率图。

3所示。结果与讨论

3.1。水生化的变量

选择地下水的基本统计参数值在不同季节的研究区域是在桌子上1。在这项研究中,铁浓度水样中发现了介于1.09和14.7 mg / L(意思是: )在premonsoon(人口、难民和移民事务局)和1.59和17.2 mg / L(意思是: )在postmonsoon (POM)。另一方面,锰浓度的0.86到6.08 mg / L(意思是: )人口、难民和移民事务局和0.96到6.58 mg / L(意思是: )POM时期被发现。铁和锰的水平在所有样本高于本地和国际准则值饮用水和农业(21,55,56]。此外,这些浓度高于全国平均值的铁(3.48 mg / L),锰(1.67 mg / L) (1]。分析结果显示,两种金属的浓度季节变化。除了溶解氧(做)和日志₁₀p有限公司₂水,所有测量参数值在POM高于人口、难民和移民事务局的时期。样品在人口、难民和移民事务局季节的pH值中性范围附近被发现(pH值: ),在POM,水略基本(pH值: )。电导率(EC)和总硬度(TH)都是记录为更高的价值比人口、难民和移民事务局在POM的季节。总的来说,这两个参数的值越过国家标准指南(25]。在其他参数,比如HCO₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -},没有₃^{- - - - - -},HCO的浓度₃^{- - - - - -}在这两个季节里被发现在高范围。在这项研究中,低溶解氧(做)和更高的溶解有机碳(DOC)的显著特点是地下水。有限公司的分压₂(日志₁₀p有限公司₂在含水层被发现远高于其他伪君子的地理位置(8,57]。地下水的分压(日志₁₀p有限公司₂值)的人口、难民和移民事务局低于POM时期由于沉重的雨水渗透在季风季节(表中1)。尽管孟加拉国面临严重的砷毒性问题(如),砷中毒的研究区域是免费的。发现在所有地下水样品的浓度小于国家标准(0.05 mg / L)在两个采样周期。浊度是一个重要的指标的悬浮泥沙在水中,使水混浊或不透明的。良好的水应该小于5南大(浊度的浊度单位)的浊度(13),但我们发现高浊度值在两个季节的样品。这个值在POM样本( 南大)高于人口、难民和移民事务局季节( 南大)。多元统计分析通常使用分布式数据。的值之间的最大参数不同的偏态0和+ 2,这表明他们是正态分布58]。

一项研究表明,水相Ca-HCO₃类型(主要)和方解石矿物溶解在水相是水岩相互作用过程的主要调节因子(59]。它是衡量饱和指数(SI)的支持下PHREEQC-3v计划。饱和或欠饱和地下水影响矿物质的水化学以及metal-laden岩石的风化过程。索引值显示水是否会倾向于沉淀或解散一个特定的矿物。饱和指数(SI)旨在比较矿物的溶解的化学活性离子的溶度积(K_sp在一定的温度。积极SI值指定与矿物质和一种倾向过度饱和水的矿物质沉淀的解决方案,和一个负的SI值指向的倾向矿物溶解在同一介质。检测到的数据,大约有90%,20%,和10%的总样本在这两个季节;索引值方解石、白云石和霰石矿物观察超过0。这些结果表明,地下水的过饱和与这些矿物质,因此,沉淀在地下水。因此,研究结果表明,最大样本关于方解石矿物(CaCO过饱和₃),导致更高水平的Ca^{2 +}和HCO₃^{- - - - - -}在研究区样本中在这两个季节。方解石的更高的SI值集中额外Ca的崛起的机会^{2 +}、镁^{2 +}和HCO₃^{- - - - - -}浓度的样品研究区由于额外的解散这种矿物。此外,溶解的二氧化碳的分压p有限公司₂)有一个重要的角色在矿物分离。地下水样品与方解石矿物饱和度建议这些碳酸盐矿物寄主岩石中的关键参与者。这种过度饱和的方解石矿物主要影响水质和调节反应参与水在某些pH值和温度水平。地球上的金属离子的浓度升高,碳酸氢盐,解散公司₂可能会影响地下水中的铁和锰水平通过一系列的化学反应。

3.2。探险的统计Approach-Multivariate分析

多变量统计技术利用正态分布数据60]。水质数据最积极的物理和化学参数(表倾斜1)。的统计和概率理论,偏态的数量disproportionateness统计概率分布的随机变量的意思(61年]。如果偏态值在0.5和1.0之间,这个数字是适度倾斜。如果它是大于或小于-1.0 + 1.0,这个数字非常倾斜的(62年]。它并不意味着数据是正态分布的。

相关性和因子分析中包括多元统计技术。相关矩阵的铁、锰、和与其他影响变量如表所示2。小时空变化是观察变量之间的相关矩阵表中的人口、难民和移民事务局和POM的季节。首先,铁和锰相互强烈相关的(积极的)在这两个时期( , ),这表明类似的解散机制岩来源的地下水(12]。铁、锰,与pH值(在弱负相关 )代表,酸性环境下鼓励这些金属的溶解(63年]。此外,这三种金属被温和的强烈与EC在采样时间呈正相关。EC值表示一个高盐度水平高的水,和这三种金属的浓度与盐度是高度相关。强烈的铁显著正相关,与TH (Mn, )在POM指出无机复合物的影响64年]。显著的正相关(结束在 )铁和锰的浊度建议胶体铁(III)和锰的存在(IV)颗粒在水中(12,65年,66年]。

氧化剂,即,没有₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -}、有限公司₂弱至中等,积极与铁、锰,。它不如做相关,这可能是由于不受宠爱的电子受体后氧(35]。然而,铁之间的正相关关系表示^{2 +}和锰^{2 +}与氧化剂意味着减少的过程,没有足够的影响铁和锰溶解。表2探讨了积极和消极的相关性很高( 和在 )铁和锰的医生做的,分别在两个采样季节找到。但有一个温和的正面和负面的关联与这两个变量,分别。如果含水层包含更多的有机物质,做的是因此低的水平。也积极与铁和锰、砷 0.38和分别为0.48,人口、难民和移民事务局和POM,。这是因为与Fe-Mn-oxyhydroxide[有很强的地球化学吸引力41]。溶解技术的角色因素的铁、锰,在后续部分中讨论。

因子分析显示84.14%的总方差的一个特征值> 1人口、难民和移民事务局的季节,由三个电脑型(表3和图2)。因子1 (F1)占总变异的53.41%。这表明,pH值和氧化还原状态的变化,铁和锰的无机来源是显性的,高度依赖于地下水有机物负荷,暴露前的相关矩阵。F2澄清总变异的16.96%相同的季节。这个因素指定总硬度的结果(TH)样品(图2)。这表明变化的钙、镁、和HCO₃^{- - - - - -}铁浓度(TH)引起的季节性变化^{2 +}和锰^{2 +}可以和HCO进行络合₃^{- - - - - -}。3因素占13.28%的变异和博士的高度积极的加载与铁和锰溶解的酸碱度和氧化还原过程。这些金属的氧化还原电位与介质的pH值没有显著相关。

在POM季节,因子分析显示总方差的76.27%由型(表只有两个人电脑3和图2)。因子1 (F1)占总变异的62.15%。这个因素表明,pH值大幅波动和氧化还原状态,大雨过后的季风季节,无机铁和锰的来源非常主要,依赖地下水有机物负荷。另一个因素,F2,解释了总变异的14.12%。这个因素指定相对较低的pH值对铁和锰溶解的影响。除此之外,可能由于时间变化,这个因素呈负与这些金属。

3.3。空间和季节性分布的铁和锰

地质,研究区域分为两个lithostructural平台,即,恒河的冲积层(遗传算法)和三角洲冲积层(达)(图3)。地质和土壤形成的遗传算法和达有很大的不同。都有第四纪地层,但是遗传算法由泛滥平原沉积、细沙淤泥,粘土和泥泞的存款,和达由相对砂、粉砂和砾石口供。的时代遗传算法和达也是不同的,这是全新世(0.0117 ma)和更新世早期(> 2.6 ma),分别为(46]。结果表明,铁和锰含量的水样本的95%达低于的平台遗传算法平台(图3)。的最大水压线(平日)7.6 - -10.0 m(水位)交叉遗传算法和5.3 -7.5了达平台(图1)。因此,地貌和地质大大影响了铁和锰含量研究的样本区域。研究结果表明,这两种金属的浓度(表略取决于水深处2含水层的)。

premonsoon(人口、难民和移民事务局)期(3月),跨界河流,河流恒河孟加拉国部分和其他分支成为几乎死了。在此期间,地下水补给的河流停止,和地下水位达到低于表面。此外,在这个干燥的时期,巨大的水采矿发生巨大的灌溉农田的研究区域。这种情况会影响含水层的水化学的变化。但在雨季和postmonsoon时期,河流溢出的场景完全逆转他们的银行和洪水恒河流域一些地区。在这些时期,巨大的水充电发生大量浸出化学营养从几个来源。因此,水化学上泛滥平原地区的季节性变化。结果表明,一些水参数值波动在人口、难民和移民事务局和POM的采样周期。铁和锰地下水样品中获得更高的数量比Ga的平台达平台在两个采样周期(图4)。另一方面,氧化还原环境的关键因素推动这两种金属的溶解过程。替代氧化还原环境是由频繁的水的循环日志记录由于季风降雨其次是干燥的夏季。土壤中的氧化还原交替过程是由季节性引起的地下水位波动,从而导致土壤Fe-Mn结节的形成地下一层(67年]。因此,这些季节性变化的另一个原因是在氧化还原潜力以及铁和锰溶解不同。

溶解氧是至关重要的因素在金属的溶解含水层水平。虽然大气中的氧气的充电在雨季发生相对高于premonsoon旱季,这含氧水将避免溶解的铁和锰,和水从管中注入井将低水平的这些金属。后的补给水,氧气被消耗,铁和锰将再次解散,和水溶解铁和锰特征(18,68年]。这是一个事实,但是我们得到更高层次的铁和锰比干premonsoon postmonsoon季节。所以,这是因为做的足够高水平研究区域的地下水中没有完全占铁和锰的溶解潜力。在这里,而不是做,岩性条件提高了铁和锰的主要原因在地下水研究的地区。

3.4。岩性对铁和锰溶解的影响

地下水中的铁和锰含量通常是连接到地质、地下水径流模式,深度,上覆岩层厚度、停留时间,和年龄(67年- - - - - -69年]。观察到在现场调查,提取的无色地下水调到红色或黄色后立即与空气的交互。这指定水是处于下降状态。这个还原情况提出的融合的有机物质和细粒度沉积物(34]。这个平台的地质研究地区第四纪沉积物和熊是一个厚粘土层(46]。一般来说,铁和锰结核中可以找到粘土层(8]。恒河冲积层(遗传算法)的形成是由黄土质粘土(粘土非常好的谷物)河谷,其中包含大量的铁和锰结核和展品铁和锰污染(图3)。另一方面,三角洲冲积层(达)主要是由疏松的砂、粉砂subclay,细沙碎石(图3)。粘土层的厚度在平台是联想到不同的70年]。这一地区粘土厚度的变化之间的大约20米和40米(46]。这粘土层覆盖唯一桑迪的形成。溶解有机碳(DOC)的高水平的粘土和subclays含水层提高缺氧条件,促进铁和锰动员(71年,72年]。图之间的铁和锰地下水和土的厚度在抽样的子层在本研究明确显示场景区域(图5)。估计粘土厚度数据的钻孔取样收集当地孟加拉农业发展公司(BADC)办公室。的粘土厚度遗传算法高于的平台达。此外,铁和锰水平被发现更大的遗传算法形成比达形成。从图中可以被理解,铁和锰的浓度与粘土厚度的增加地下水上升。

此外,铁和锰的浓度和相关性人口、难民和移民事务局和POM采样周期也不同。结果表明,铁和锰有不同的来源遗传算法和达平台。的遗传算法沉积物相对年轻,持有不同的有机物。此外,较低的部分遗传算法在今年被沼泽地覆盖,增加额外的有机物死去的植物在旱季。研究[73年,74年)指出,一个大的一部分有机物来自死去的植物和土壤中植物碎片。因此,铁和锰的来源在河谷的样品(遗传算法)不仅粘土,而且整个土壤、沉积物和含水土层。研究区农业历史悠久的大米。稻田土壤在水稻种植地区广泛传播。的情况下人工间歇的下沉和排水,水稻土在储备在氧化还原过程中波动很长一段时期,经历了一系列的专属生化变化13]。这是基本的水稻土的形成过程。持久的进水条件有利的沉积土壤有机物质。有机粪便肥料的使用不断增加了土壤有机质在当地。Fe -和在培养层Mn-oxides删节low-valence淹没情况下铁和锰化合物和抵达的含水层水重力作用[75年]。在另一起案件中,相关矩阵表(表2)显示,水深-中间与铁和锰。一个领域的研究表明,平均的浅井深度遗传算法面积是不足的达区域。所以,水深的另一个原因是铁和锰的浓度就越高。

浅井和中间的冲积层形成减少锰和铁的研究领域。这是观察到的几项研究(如。,10- - - - - -12,64年]that the concentrations, dissolution mechanisms, influencing factors, etc., for Fe and Mn in different types of aquifers or wells are not the same. In the Songnen Plain, Northeast China [76年),最大井gravel-type,这两种金属的后果在地下水不同于目前的研究。尤其是井水铁和锰含量较高覆盖地区稻田比其它土地利用类型和水的阴影部分。最初的原因的高铁和锰负载在该区域地下水丰富的铁和锰矿产丰富层和土壤有机物质作为原因的铁和锰,和还原环境下地形和区域包含水体喜欢这些金属的溶解地下水。此外,调查说明,从农业污染物的贡献事件产生了地下水中的铁和锰含量上升。另一方面,沿海和干旱地下水中的铁和锰负载不相同的高地地下水。在沿海冲积平原,在印尼,Rusydi et al。8]表明,铁和锰污染物在地下水自然的探索领域。这些金属的连接与redox-sensitive参数和盐度确认盐水具有重要影响Fe - Mn-baring岩石的风化。

3.5。铁和锰的来源和解散

统计和化学分析表明,含水层中的铁和锰含量是联想到与气候相关事件(气温和降雨),表面粗糙(土壤类型、土壤质地、高度、距离河,和土地利用类型),和地球化学特性(pH值、做医生,NH₄⁺,没有₃^{- - - - - -},阿宝₄^{3 -})。多变量分析(相关和因子分析)表明,铁和锰的来源和运输机制几乎是相同的。但是,它并不总是正确的在不同地貌条件下,如亚得里亚海意大利中部[17长春,中国东北[12),这些金属的动员机制是不同的。铁和锰的来源主要是土壤,接近蓄水层粘土层,和人为33]。在适当的还原条件下,一些现有水的理化参数参与这些metal-laden岩石的化学溶解过程。减少条件接近中度pH值(~ 7)已知初始化铁的溶解岩石(主要是铁氧化物)和地下水的增强10,77年,78年]。这些氧化还原条件提出相对高有机碳含量和细粒度的粘土质沉积物有机质支持因为动员的铁和锰土壤含水层矩阵到地下水(17,79年- - - - - -81年]。

铁的主要来源在含水层的水可以溶解含铁岩石如黄铁矿、菱铁矿、褐铁矿。风化矿物的溶解有机物的存在啊₂和有限公司₂硫酸和硝酸/ pH值在一个特定的导致铁的增加^{2 +}在水介质浓度(82年]。释放铁的微生物氧化^{2 +}可能转化为铁吗^{3 +}和减少阴离子通过创建一个平衡态(83年]。各种研究[8,13,31日)解释了风化过程通过一些化学反应,如:

Mn土壤和岩石中可以找到在不同阶段,如氧化物、硅酸盐和碳酸盐。还发现在铁氧化物表面吸附或交换形式(83年]。同样,根据一些调查(11,17),锰氧化物的还原溶解(MnO₂)与醋酸官能团在酸性条件下发生反应(5)。相反的过程,最合适的机制之一是微生物先弯曲,保持酶的氧化锰^{2 +}对锰^{4 +}(反应(6MnO)),最后沉淀₂(13]。

3.6。铁和锰溶解水的影响变量

两个铁和锰参与氧化(Fe^{2 +}对菲^{3 +}和锰^{2 +}对锰^{4 +}(Fe)和减少^{3 +}对菲^{2 +}和锰^{4 +}对锰^{2 +})通过特定的氧化还原环境(地下水8,12]。一般来说,菲^{3 +}和锰^{4 +}保留在固相的氧化物和盐的形式沉积在蓄水层84年]。这些金属从metal-laden矿物风化成地下水通过各种复杂的铁的氧化还原反应^{3 +}和锰^{4 +}接受电子氧化剂在水介质中。这些氧化还原反应的顺序是由predetected水pH值等参数,电子商务,,,医生,HCO₃⁻,没有₃⁻,所以₄²⁻,p有限公司₂。除了医生,作为电子受体的其他化学参数和物理参数调节这些反应在不同的方式(12,17,32]。这些参数对铁和锰溶解的规则讨论如下:

3.6.1。pH值和HCO₃⁻

包括有限公司₂,大量的酸性地下水系统中存在的原因和影响铁和锰的氧化态。pH值的影响,在研究区铁和锰溶解不是强意义重大,因为无关紧要的铁和锰的相关性的pH值(表2和图6(一))。总体负相关表明,铁和锰溶解增加与减少博士是一致的与其他调查发现,酸性条件有利于两种金属的溶解85年,86年]。铁溶解率低于Mn在相对更高的pH值或在碱性介质73年]。尽管postmonsoon季节的样品的平均pH值大于7(碱性),铁的浓度相对高于在premonsoon季节,pH值的相对较低(酸性)。这是因为pH值并不是唯一的驱动因素调节铁在水中的浓度。

(一)

(b)

(c)

(d)

铁的溶解过程(反应(1)- (4)),⁺同时消耗在一个中立的微酸性介质。在低pH值,这个铁^{2 +}铁的生产固体阶段^{3 +}氧化物/氢氧化物在减少细菌的作用,创建一个铁^{2 +}/铁^{3 +}平衡(87年]。铁的氧化^{2 +}对菲^{3 +}发生在低pH值更慢,和整体平衡是高度受pH值的影响(88年,89年]。

关于铁和锰的溶解过程,HCO₃^{- - - - - -}地下水中增加酸度和减少金属络合物的形成表现出双重的概率自然功能(17]。在这项研究中,HCO的显著正相关₃^{- - - - - -}与铁和锰可能是由于金属配合物的形成,增加金属的溶解性(12,90年]。一些可溶性铁^{2 +}可能仍然在水中碳酸钙复合物(88年]。在自然水域包含> 1毫克当量/ L碳酸盐碱度,铁^{2 +}碳酸盐岩复合物,如铁(有限公司₃)₂²⁻,所以₃和铁(有限公司₃)(哦)⁻铁的主要形式^{2 +}(91年]。在研究地下水样品,HCO的平均浓度₃^{- - - - - -}近7毫克当量/ L,加载非常高碱度的结果在一个大的机会形成金属碳酸盐复合物。overexcess碳酸氢盐不是强烈与溶解铁(表2和图6 (b))。只是一个微不足道的碳酸氢盐是用于复杂的形成。

操作。做医生

溶解氧氧化还原评估是最敏感的组件之一。一些报告表明,好氧的环境可能发生一次做的是≥0.5 mg / L (18]。相比之下,一项研究[92年]报道的高机会还原环境做不到1或2 mg / L。做样品的水平(表1)一样足够供应氧气氧化所需的铁和锰。医生的平均含量分别为4.46和5.71 mg / L在不同采样时期,高于全球平均水平的3.8 mg / L在地下水93年]。溶解有机碳(DOC)的水平小于1 mg / L的地下水,然后高水平可以鼓励动员危险重元素(94年]。因此,医生扮演重要角色在广阔的Fe - Mn-laden矿物的风化。

大气中的氧气仅弱溶于水, 在自动取款机25°C和1 mol / L。空气压力(18]。这个氧地下水中主要来自雨水淋溶。由于粗砂土,研究区域的水力传导率是非常高的95年]。因此,富氧雨水进入含水层,充分提高了溶解氧(做)研究区地下水的水平。支持电子受体,少做水平表明O₂一直在利用有机物质分解过程背书还原环境(32,96年]。一项调查(34)表示,减少环境控制铁和Mn-bearing风化的岩石。图6 (c)展示了一个强烈的负面关系铁和水做的样品。巨大的氧气消耗了两个氧化还原反应、铁^{2 +}⇌菲^{3 +}和锰^{2 +}⇌Mn^{4 +}。因此,低意味着更高的铁和锰在水介质。

图6 (d)代表一个很强的相关性( 分别和0.8558在人口、难民和移民事务局和POM)医生和铁浓度地下水。铁和锰的水平升高在地下水溶解自由铁造成的^{2 +}和锰^{2 +}。几个可能存在形式的铁和锰溶解在水里。在溶解有机物的存在,它可以强烈维护菲^{3 +}纳米颗粒在水中并创建一个暂停。这种不稳定的解决方案是由静电的组合(吸引)和空间(排斥)的影响他们的带负电荷的纳米粒子31日,97年]。在这个过程中,总铁可能富啡和腐殖质大分子结合,形成可溶性复合物(18]。铁的形成的平衡常数^{3 +}复杂的和富啡和胡敏酸铁远远高于相应的常数^{2 +}。因此,一旦这些形成复合物,通过铁之间的直接接触^{3 +}和有机质(OM)或先前存在的铁的氧化^{2 +}om复杂、铁^{3 +}能抵抗降水和补贴提高水平的铁98年- - - - - -One hundred.]。像铁,锰也形成复合物的氧化值+ 4 (101年,102年]。因此,更高水平的医生在样本用于与铁和锰矿产,然后直接反应形成胶质复合体。浊度值表示的形成胶体大分子复杂。样品的平均浊度值大于正常淡水标准(< 5南大)(表1)。浊度之间的相关系数,铁和锰非常高( 0.8在 )在两个采样时间(表2)。样本ID S38人口、难民和移民事务局和S04 POM显示最高的浊度值19.56和26.10南大;因此,两个样品携带铁的最高金额为14.01和17.17 mg / L,分别。这一结果表明,一些铁仍然作为一个铁^{3 +}胶体大分子复杂。

3.6.3。没有₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -}、有限公司₂

没有₃^{- - - - - -}是更强大的氧化剂(仅次于氧气)比菲^{3 +}和锰^{4 +},但₄^{2 -}和有限公司₂比别人弱氧化剂,最有利减少首先基于此订单(8,17]。本课程将继续,直到电子受体和供体完全使用103年]。没有₃⁻含氧的条件下非常稳定(104年),因此,地下水可能接受不₃⁻还原过程。的浓度不₃⁻很低的样本(表吗1)。硝酸和硫酸与铁和锰(表弱的正相关性2),没有铁氧化的机会^{2 +}和锰^{2 +}通过减少本身11,105年]。铁和锰可以用₄^{2 -}Fe -和Mn-sulphide和减少沉淀硫酸一起106年]。相反,这样的水平升高₄^{2 -}(表1)导致高盐度可能支持的泄漏过程从土壤地下水铁和锰离子交换课程。高盐度支持铁和锰的泄漏过程从岩石到地下水,也许通过相同的程序(10,107年]。

公司的来源₂在地下水样品经过大气有限公司₂、碳酸盐矿物溶解有机碳(OC)通过微生物氧化行为在含氧的环境中,和植物根区呼吸(108年]。二氧化碳的氧化效率很差,不参与氧化还原反应的金属溶解过程(109年]。一般来说,公司₂控制平衡态的铁和锰水介质通过其酸平衡能力(110年]。岩石风化的渗透水起着积极的作用,特别是当它充斥着有限公司₂(8]。在研究区,日志₁₀(p有限公司₂地下水样品中)值从-2.46到-0.88,平均为-1.95 (±0.261)premonsoon(人口、难民和移民事务局)和-3.51到-1.26的平均-2.27 (±0.446)postmonsoon (POM)(表1),这是先进的分压比有限公司₂在大气中( 或日志₁₀ ,或385 ppm)在平衡条件下57]。因此,日志₁₀p有限公司₂地下水是足够高的价值。这个饱和有限公司₂与水反应产生H⁺通过可逆反应中使用铁和锰溶解反应。

3.6.4。矿化度和总硬度(TH)

相关性和因子分析表明强烈的正相关和加载( )铁和锰的EC(表2和3)。EC值代表的总盐度水(111年),和更高的EC值样本,研究区域(表中找到1)。也许通过离子交换过程,高盐度可能支持铁和锰的浸出从土壤矿物质子层(13,85年]。盐效应的刺激下,欧共体的上升导致离子强度急剧上升和活度系数降低,这样风化无机铁和锰的复杂可能毫不费力地(8,18]。更高的EC的POM表示更高浓度的铁和锰在同一时期(表1)。研究怀疑铁和锰可能形成无机复合物与现有阴离子等₄^{2 -}和HCO₃^{- - - - - -}在水里,从而增加他们的浓度64年]。

特别是在POM的季节,总硬度(TH)有很强的正相关与铁和锰在这项研究中(表2)。主要由Ca的浓度测定^{2 +}、镁^{2 +},HCO₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -}(112年]。这个地区的水化学分类显示,样本冲积层含水层Ca-HCO₃相频繁Mg的充实^{2 +}所以₄^{2 -}(113年]。这些事实提出HCO无机复杂地层相关的影响₃^{- - - - - -}因为水主要是由Ca-HCO决定₃类型硬度。

3.7。自然和人为对铁和锰浓度的影响

对数正态图7有助于评估大量的铁和锰交付与含水层的地下室。的过渡曲线的斜率在这个图歧视金属是否存在于地球成因学的条件下地下水或受到外部干扰发射机(114年,115年]。图中的铁、对数正态分布的样本显示高的可能性自然发生在扰动地下水的< 9.63和< 10.74 mg / L在人口、难民和移民事务局和POM时期,分别。此外,Mn,这些值< 3.44和< 3.76 mg / L(图7)。统计,将近一半的样品(50%)中引用的外部影响含水层区域图(线)的上部。不限制地下水的特征是相对较低盐度(EC和TH),降低粘土厚度,更低的医生,和更高的,位于南部地区。扰动的标准可以是人为或自然或两者兼而有之。等人类活动领域的研究表明,没有巨大的工业活动,没有使用iron-manganese-baring化肥在农业、没有废物处置内陆,而且没有观察到垃圾填埋场,但重水矿业用于灌溉。所以,随着地下水开采,河水流量大幅波动,充电/放电比率不平衡,一些土壤侵蚀在含水层系统干扰的主要原因。因此,随着物理化学影响地下水铁和锰含量高,这些地球成因学的和人类活动是额外的原因因素。

(一)

(b)

(c)

(d)

铁和锰的研究观察到更高的载荷可能减少溶解进入地下水,除了任何特殊原因。最近,德里斯科尔et al。116年)调查了地球成因学的释放,锰,铁在东南亚的含水层水。他们发现,干燥的气候条件与Mn升高的倾向,而高铁倾向于在更潮湿的气候,高水平的土壤有机碳。此外,结果证实,高铁水平往往与高水平相关,这不是与本研究的结果相似,但高浓度的Mn和经常发现彼此相邻。同样,最高的锰和铁危害在孟加拉国西北部人口密集和冲积矿床。另一项研究[13在第四纪冲积沉积形成的东北表明,地下水,铁和锰的来源是铁和锰结核的粘土层,而它来源于土壤和整个河谷平原含水层。本研究的另一个发现是,TDS、地下水深度的变化,和停留时间是至关重要的方面影响铁和锰的浓度的水样。铁和锰的风化岩石使吸附在其表面非承压地下水。

3.8。砷的浓度和动员

砷是一种一级致癌元素(117年)和地下水供应自然增长的东南亚最大的部分。从59孟加拉国64个地区,超过7500万人被带到是饮用水砷污染的风险41]。地下水的主要来源是自然,因为它是在全新世浅含水层的存款的恒河三角洲平原5]。在目前的研究中,最大的水样含有更少的砷(8μg / L)相比,这个国家的中部。在这个地区,超过60%的水样本10区交叉的国家指导方针饮用水砷的50μg / L或0.05 ppm (5,118年,119年]。众多调查证实,这个地区的浅层含水层增强铁、锰,Al-oxides,阿宝₄^{3 -},在北半球₄⁺,没有₃^{- - - - - -}与有机材料包含适度高水平的砷(120年- - - - - -122年]。在这项研究中,一个弱的相关性在水中砷与影响组件(例如,铁,锰,没有₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -},做的,和医生)观察(低于0.4 )(表2)。铁和锰直接参与解散和含水层系统中砷的分布。在一个高水平的铁和锰含水层水,预计低水平的砷(38]。氧化剂转化为铁^{2 +}对菲^{3 +},形成的固相FeO说(哦)。砷(+ 3,+ 5)可以吸附在固体表面的FeO说(哦),然后都是沉淀(119年]。作者之前的研究证实,上述因素影响砷动员,但这影响赋权大多取决于当地的岩性条件(41]。如果岩性主要是粘土质、泥炭和土的性质和有着丰富的细菌学的社区,那么因素如铁、锰、没有₃^{- - - - - -},所以₄^{2 -}做,医生可能显示操作得当,否则不(123年]。本研究区域包括沙,淤泥,silt-loamy土地,不赞成这些影响因素的作用。

的发生和迁移的方法沉积含水层可能衡量复杂微生物的相互作用促进行动和水文地球化学过程敏感位点专一的岩性和沉积类别,以及人为操作,例如,农用化学品的使用。很多都在过去几十年里进行了调查,但一直在探索成功的动员机制如恒河盆地地区。随着时间的推移,已经提出四个机制来解释这些孟加拉三角洲平原的砷污染的过程:(1)黄铁矿的氧化。在2000年,一些研究人员,例如,Chowdhury et al。124年),巴塔查里亚等。125年],Nickson et al。126年)认为,毒砂和黄铁矿氧化大气中的氧气进入含水层沉积物砷酸,然后被释放到恒河盆地的地下水这一假设的合理性是不正确的,因为在这个地区地下水是(a)缺氧类型,与无关紧要的;在pH值接近中度或合理碱度(b);(c)的特点是低₄^{2 -}水平与没有关系;和(d)讲的非常低的水平₃。这个过程被暂停,然后建立了下列方法。(2)FeOOH减少。微生物代谢的DOM含水层导致缺氧的环境中,因此导致减少纤铁矿岩石[FeO说(OH)],然后合成在限制的释放到地下水(38,117年,127年](3)氧化还原过程。是无侧限的还原风化砷带入FeO说(OH)岩石,之后会发生氧化还原过程,细菌氧化的有机材料已经用完,没有₃^{- - - - - -},NH₄⁺(38,39,118年](4)离子交换。砷酸离子(麻生太郎₄^{3 -})吸附水层岩石疏散到PO的水交换媒介的温和₄^{3 -}在地下水污染后(39,119年- - - - - -121年]

上述过程后的2到4是公认的2000年代。随着最近发表文章足够的微生物群落,DOM的可访问性,大量的高度积极charge-baring金属岩石,更高的阿宝₄^{3 -}浓度和较低的氧化还原电势的价值(Eh)适度高pH值在蓄水层的主要标准是提高浓度浅含水层系统。研究区位于该国西北部的位置,非常肥沃的农田相对于另一个地区的孟加拉国。大约72%的总土地耕地,其中30%是triple-cropped地区(44]。最大的部分可耕种的土地是肥沃的,桑迪,或砂质壤土;然而,粘土质或土的形成也不见了。一项研究[128年少)证实,这些地区的土壤组成土壤的有机质,嗯值比较高。但这个区域是免费的从任何毒性,尽管化学肥料消费率和水采矿非常高。假设在研究区,其他因素的影响,例如,土壤DOC、pH值、和氧化还原电位(呃),这是至关重要的运营商的解散,有利于减少污染。一些调查人员129年,130年)认为,水的深度是巨大的灌溉,让大气O₂进入含水层,可能加快释放的含氧的氧化黄铁矿的岩石。这句话并不适用于研究区因为灌溉活动是非常普遍的在这些区域,在炎热的夏季,地下水位暗示地恶化由于地下水的矿产。Nath et al。131年)和Reza et al。132年)指定的比较作用调动代理人在最大和最小影响的孟加拉国。本研究支持他们的工作,报道,影响最小的地区,低水平的不接受订单₄^{3 -}、溶解有机物和土壤碱度和从土壤中释放与低水平由于减少解吸或定居FeO说(哦)。低浓度的检测表明,吸附的氧化铁沉淀,或其他溶解度控制,可能会限制地下水的解散。

3.9。高铁和锰对灌溉的影响和水产养殖水质

研究中超过70%的可耕种土地面积是根据与浅层地下水灌溉泵通过一个引擎。铁和锰的含量高地下水可能造成负面影响灌溉用水以及土壤环境,影响植物的生长和产量。尽管> 5 > 2 mg / L的铁和锰不良在灌溉用水133年),潜在的问题将在灌溉用水主要围绕高铁染色的混凝土表面,堵塞灌溉设备和排水的瓷砖,在观赏植物和难看的存款铁锈色的材料。高铁浓度喷淋罐水可以堵塞屏幕或喷嘴和一些农药的性能产生负面影响。如果浓度非常高(超过10 mg / L)和iron-laden水是经常不断,有些营养不良的结果。水样的最大数量的研究区域是高度矿化,包含大量的可溶性盐。土壤中溶解盐含量的增加,提高了土壤溶液的渗透压,和在这种情况下,植物不能适应毫不费力。另一方面,一般来说,菲不致命的植物碳酸土壤,但额外的土壤铁能做到刚性植物吸收等重要的盐P, Mg,莫26]。植物需要P细胞分裂和光合作用。植物需要Mg产生叶绿素,这使他们的绿色。植物与土壤中菲的浓度升高,错过了这些重要的矿物质和可以预期的植物染色的经验,distress-controlling光合作用过程,和疲软的根源。不平衡浓度的许多其他重要的元素,如锌和铜,也可能有太多铁。关于锰、它是有毒的几种作物1或小于1 mg / L,但通常只有在酸性的土壤中26]。特别是在premonsoon季节,样本研究区低pH值,增加植物铁和锰中毒。

在水产养殖水体,如果沉积物成为缺氧,铁的沉淀^{3 +}可以减少铁^{2 +},导致深颜色分层的沉积物。虽然菲也可以帮助减轻毒性的H₂年代,由厌氧细菌,沉淀成不溶性铁₂年代₃,如果水含有高水平的铁^{2 +}用于孵化场、Fe (OH)的形成₃可能会有问题。这个沉淀可以解决鸡蛋和伤害,它可以堵塞鱼的鳃。在许多水产养殖实践已经证明,铁的存在水平高于0.1 mg / L会损害鱼的鳃(134年]。这个水平远远低于浓度通常在文献中报道(见表1)。菲将受到不利影响的鱼的种类和大小。鱼的鳃作为机械过滤器,和铁微粒,维吉尔的几微米卡住薄板。这些粒子的存在刺激鳃组织,导致吉尔损伤和继发性细菌和真菌感染。铁作为催化剂在水中,将抑制O的离解₂在水中形成一种活性非常强的自由基。然而,表面的腮,铁会导致形成的自由基氧化附近的组织,这将导致大规模拆迁的鳃组织和贫血。锰毒性很低,相对于铁,鱼体内的生物富集率很低(135年]。

4所示。结论

本研究确定了环境问题负责高浓度的铁和锰calcite-type恒河盆地的地下水。结果表明,铁和锰的水平(~ 10 ~ 3.5 mg / L,分别)地下水穿过国家和国际可接受水平但并不是所有的样品。包括研究区域的地质和土壤的形成,高铁和锰浓度的影响特性地下水水酸度或碱度,做医生,p有限公司₂,一些阴离子。高盐度(EC)的样品应该促进铁和锰的浸出从土壤和矿物离子通过离子交换过程。它表明,铁和锰的来源在河谷平原都是含金属厚粘土层和潮汐泥浆结节,在上层平台,这些金属起源于合并粉砂土和整个含水层。根据季节变化,铁和锰含量的变化观察样品。redox-sensitive变量的相关性与这两种金属严重矿化地下水有重大的影响小于还原环境条件在铁和锰的溶解的矿物质。研究展示了大量的可能性形成铁和锰配合物与有机和无机物质。此外,铁和锰的对数正态曲线有效地用来区分两个研究区地下水条件。近一半的样品(50%)中引用的外部影响含水层地区。地下水过量开采,河流流量大幅波动,和一些土壤侵蚀被认为是干扰的主要原因在含水层系统中,产于北部河谷研究区域的一部分。铁和锰的矿物风化率高会导致吸附砷,导致少从含砷的岩石释放到地下水。 This study provides a basis for the rational consumption of groundwater and information concerning higher Fe and Mn contents in groundwater. Deep wells should be drilled in river valleys, avoiding areas with a thick clay layer.

数据可用性

数据请求,和相应的作者(M.G. Mostafa)将提供如果有人感兴趣。

的利益冲突

两位作者声明没有利益冲突,关于这篇文章的出版。

作者的贡献

m . s .伊斯兰教是概念化(铅),负责调查(铅)、数据管理(领导),正式的分析(铅)、方法(平等),软件(平等)、资源(平等),监督(支持),可视化(支持),验证(支持),原创作品(铅)草案,writing-review和编辑(支持)。m·g . Mostafa促成了概念化(平等)、方法(平等),调查(平等)、资源(平等)、项目管理(平等),验证(平等),软件(平等),监督(平等),writing-review和编辑(平等)。

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