西北地區(qū)地下水放射性環(huán)境問題研究西北干旱地區(qū)地下水放射性環(huán)境污染及防治研究以內(nèi)蒙古東烏旗地區(qū)為例

中國水資源不僅嚴重不足，而且水環(huán)境嚴重，已成為中國水問題的主要原因。除了干旱、人口急劇增加、經(jīng)濟和城市發(fā)展規(guī)模以及其他原因外，更重要的是人們對中國大陸水循環(huán)系統(tǒng)活動規(guī)律及其資源和環(huán)境效應缺乏了解（張宗虎，2001）。西北地區(qū)是我國水資源最為貧乏的地區(qū),除局部地區(qū)年降水量超過100mm外,其余廣大地區(qū)均低于100mm(劉昌明,1998)。西部地區(qū)大開發(fā)不可避免地面臨水資源問題以及水資源開發(fā)引起的環(huán)境問題。因此,科學認識西北干旱地區(qū)水資源,保持良好生態(tài)環(huán)境,對國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略,具有重要意義。地下水中鈾、氡是無色、無味的,當它們超過飲用水衛(wèi)生標準時,不易及時被發(fā)現(xiàn),能引起惡性腫瘤、以至引發(fā)多種癌癥,給人們的身體健康和國家經(jīng)濟帶來巨大損失。東烏旗地區(qū)是內(nèi)蒙古重要的畜牧業(yè)場地之一,地下水是東烏旗地區(qū)工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活飲用水的唯一來源,對該地區(qū)地下水的放射性環(huán)境問題進行研究,對評價和西部干旱地區(qū)地下水環(huán)境具有典型意義。1大氣、地貌條件東烏旗地區(qū)屬內(nèi)蒙古高原,海拔一般為850-1150m,地形起伏不大,屬高原低山丘陵區(qū)。區(qū)域地層屬于內(nèi)蒙古—松花江地層區(qū),興安嶺分區(qū)的東烏旗小區(qū)。區(qū)內(nèi)地層主要由古生界的奧陶系、泥盆系、二迭系和中生界的侏羅系、白堊系以及新生界新第三系上新統(tǒng)和第四系組成。氣候為干旱—半干旱大陸性氣候,降雨量不大,全年為268mm,年蒸發(fā)量2209mm,年蒸發(fā)量約為降水量的8倍,雨季主要集中于7月～8月,占全年總降雨量的80%以上。區(qū)內(nèi)無明顯的地表水系,僅有零星分布的一些鹽堿濕地及季節(jié)性的水流。東烏旗地區(qū)為山間自流水盆地,地下水的形成和分布受多種因素的影響和控制,主要來源于大氣降水的滲入補給,賦存條件和分布規(guī)律又直接受氣候、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造和巖性等因素的控制,基本上是由基巖裂隙水通過松散堆積物和基巖裂隙向盆地中部流動。地下水的排泄主要是通過蒸發(fā)作用方式、沿斷裂帶呈上升泉群方式和地下徑流方式排泄,形成沼澤、濕地、湖泊。2地下水輻射測試為研究地下水的放射性環(huán)境問題,對東烏旗地區(qū)地下水進行了系統(tǒng)的放射性環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查,鈾、氡水樣分析結(jié)果見表1。3天然水中鈾、氡根據(jù)我國放射性同位素在露天水源中最大容許濃度的規(guī)定,天然水中鈾為0.05mg/L,氡為37βq/L,在全部的102個水點中,超過鈾含量標準有30個水樣,超過氡含量標準有48個水樣,鈾、氡含量均超標的有12個水樣。3.1水氡分布主要分布于盆地的兩側(cè)蝕源區(qū),含水巖層為石炭、侏羅系酸性火山巖?；◢弾r裂隙水構(gòu)成盆地地下水的主要補給源。12個水樣中有5個水樣的單鈾含量超過飲用水標準,最高含量為0.14mg/L;8個水樣的單氡含量超過飲用水標準,最高含量為531為βq/L,超過標準近15倍:2個水樣鈾、氡同時超過飲用水標準,僅有1個水樣(89水點)的鈾、氡含量同時滿足地面水環(huán)境標準,達標率約為8%?；◢弾r裂隙水鈾、氡異常與花崗巖風化殼有關。由于花崗巖中的鈾含量較高,地下水的淋漓作用,形成了鈾含量較高的地下水:水中氡濃度取決于巖石中放射性元素的絕對含量和巖石的射氣系數(shù),經(jīng)過射氣作用,在風化殼上部形成氡水。3.2水樣的單鈾及氡含量主要賦存于上新統(tǒng)和下白堊統(tǒng)沉積層中,含水巖性為上新統(tǒng)礫巖、砂礫巖、砂巖。單孔水量為30.5～63.9t/d。22個水樣中有1個水樣的單鈾含量超過飲用水標準,最高含量為0.26mg/L:13個水樣的單氡含量超過飲用水標準,最高含量為203為βq/L;5個水樣鈾、氡同時超過飲用水標準;3個水樣的鈾、氡含量同時滿足地面水環(huán)境標準,達標率不足14%。層間承壓水鈾、氡異常可能與鈾礦化有關,地處深部的層間氧化帶中鈾含量和氡濃度都達到異常的水,由于水的遷移作用,形成鈾的擴散暈而導致水中鈾和氡的異常。3.3水樣中多氡、氡含量超過飲用水標準潛水主要分布于山谷中、地形低洼處。水位埋深0～10m,水量<10t/d,主要接受大氣降水和基巖裂隙水的補給。68個水樣中有14個水樣的單鈾含量超過飲用水標準,最高含量為0.72mg/L,超過標準近15倍:17個水樣的單氡含量超過飲用水標準,最高含量為367為βq/L;5個水樣鈾、氡同時超過飲用水標準;30個水樣的鈾、氡含量同時滿足地面水環(huán)境標準,達標率約為45%。大部分潛水鈾、氡異?？赡芘c鈾礦化無關,單純由水化學因素而形成的鈾水。能形成鈾水的水化學因素有:淡水中重碳酸根含量、有機質(zhì)含量和礦化度增高;強酸性或強堿性的水化學條件;蒸發(fā)作用等。本地區(qū)有部分鈾異常點由于地處干旱地區(qū),處于近地表的潛水,受到強烈的蒸發(fā)作用,鈾經(jīng)濃縮富集而形成。4控制因素最復雜天然放射性水的形成是水—巖作用結(jié)果,地下水鈾含量變化幅度非常大,控制因素最復雜。離子交換法和萃取法是工業(yè)生產(chǎn)采鈾常規(guī)方法,相比較而言,離子交換法更適合處理鈾濃度低的溶液。此外,離子交換法在工業(yè)用水的軟化、高純水的制備以及制藥工業(yè)中得到廣泛應用。4.1鈾的吸附機理東烏旗地區(qū)放射性異常鈾水雖然有嚴重超標現(xiàn)象,但又不足以工業(yè)生產(chǎn),因此,處理工藝既要安全可靠,又要經(jīng)濟有效。鑒于東烏旗地區(qū)地下水多為弱酸弱堿型,鈾的存在主要以UO2CO3、UO2(CO3)22-和UO2(CO3)34-形式存在。因此采用陰離子交換樹脂,陰離子交換樹脂可以有選擇地從地下水溶液中吸附鈾的絡陰離子,以便于除去水中超標的鈾含量。主要陰離子交換樹脂型號為704型、351×10型、Dowex-3型、IRA—413型。4.2氡浴的水質(zhì)、范圍和療效均有提高處理地下水中氡的異常較為簡單,由于氡是短壽命元素,半衰期為3.825d,因此,若將氡異常水放置一星期左右,其濃度則降為原來的四分之一。溫度對水中氡含量的影響較為明顯,水溫增高會引起脫氣作用,氡的溶解系數(shù)隨溫度升高而降低。因此將水加溫、煮沸,水中氡迅速逸出,達到生活飲用水標準。對非飲用水而言,氡水(濃度達到74βq/L)是一種很好的醫(yī)療用水。氡浴一方面可以調(diào)節(jié)心臟血管系統(tǒng)的功能,治療高血壓和某些心臟血管疾病;另一方面有催眠、鎮(zhèn)痛的作用,對神經(jīng)炎、神經(jīng)痛、關節(jié)炎等神經(jīng)系統(tǒng)和運動系統(tǒng)的疾病也有良好的療效。因此,東烏旗地區(qū)高含量氡水可以開發(fā)利用。5飲用水的污染源及處理措施西部大開發(fā)對水的需求不僅在于量的多少,更在于水質(zhì)如何。綜上所述,得到以下認識:5.1東烏旗地區(qū)地下水主要為花崗巖裂隙水、層間承壓水和潛水,作為飲用水的主要水源,都存在嚴重的放射性污染,水中放射性元素(鈾、氡)含量達標率分別為8%、14%和45%。地下