第三章 同位素分析在地下水污染研究中的应用.pptVIP

第三章 同位素分析在地下水污染研究中的应用 3.1 同位素 3.2 放射性同位素在地下水污染研究中的应用 3.3 氢氧同位素在地下水污染研究中的应用 3.4 稳定氯同位素在地下水研究中的应用 3.5 同位素示踪在对固废及垃圾填埋场污水渗漏方面的应用 3.1 同位素 同位素在地下水研究中的应用主要依靠其本身所具有的“指纹特征”。 环境同位素是一种理想的天然示踪剂。 　　 利用同位素示踪方法追踪环境污染源、进行污染程度评价等。 　　根据有无放射性,可将同位素分为放射性同位素和稳定同位素两大类。 同位素示踪的基本思路 　　测定污染源的标志元素和特定受体(即采样点)该元素的衰变量，获得污染源在不同特定受体的贡献率和污染物的运移轨迹。 　　地下水在含水层中滞留的时间称为地下水年龄（即地下水从接受补给到作为水样被采出所经历的时间，作为这些放射性同位素的衰变时间）。测定地下水年龄的方法有3H ，14Ｃ,36Cl,85Kr,H/3He,230T/Th等，以3H和14Ｃ最为常用。 理论依据：放射性同位素的衰变原理。 3.2 放射性同位素在地下水污染研究中的应用 　　氚(T,31H) 是氢的放射性同位素,164C是碳的放射性同位素,具有衰变特征。 31H→23He+ 0-1β 146C→147N+ 0-1β 　　同位素衰变速度与温度、压力及是否与其它物质共存等外界因素无关，仅与放射性同位素的种类有关。 　　通常将衰变至初始原子数一半所经历的时间定义为半衰期,用τ表示。 水分子中31H H，半衰期τ＝12.26a 地下水HCO3-中164C ，半衰期τ＝53.7a 　　可用β液体闪烁仪来测定β射线强度,进而确定氚(31H)和164C的含量。 氚(T)法 氚是氢的放射性同位素,天然氚由宇宙射线产生。热核试验释放人工氚。氚具有弱β放射性,浓度用氚单位TU表示,定义为每1018个氢原子中有1个氚原子,相当于1L水中有3.24×10-12居里的氚。 　　　1TU=3H/1H×10-18 用氚法测定地下水年龄有定性和定量两种方法。 定性的方法是： 以热核试验时间为分隔确定地下水年龄。 定量的方法有： 活塞流模型、指数模型和弥散模型。 由氚法测定地下水的年龄, 可按指数公式计算(τ): 利用氚同位素研究地下水的作用 1)研究地下水的补、径、排条件 2)探索地下水的成因 3)确定地表水和地下水的联系(混 合比) 4)测定水文地质参数。 实例 贵州息峰温泉53-56°C,开阳温泉38 °C 。 当地冷水泉氚为36.8ＴＵ 测定温泉的三个出露点，上游生活泉氚2TU，疗养院饮水井氚为3.8TU，游泳池氚为6.6TU。 估算出温泉冷水混入量分别为8％和14％。 确定开阳温泉是息峰温泉与当地的浅层地下水混合形成的，混合比为２:1。 　14C法 　天然14C是宇宙成因的,并以CO2的形式进入大气层，通过与海水中CO2的交换、植物的光和作用、动物对食物中碳的吸收等，在大气圈—生物圈—水圈中交换循环，当生物体死后,碳的交换循环就停止了，生物体中保存的14C将随着14C的衰变而逐渐减少。因此，我们可以根据放射性衰变定律，计算样品脱离交换循环后的时间。 14C的测定，一般是经过换算后直接给出年龄。 　　目前主要用来计算地下水的年龄和地下水渗透速度及混合水的混合比。 氢氧稳定同位素在地下水污染研究中的应用 　　氢和氧共有5个稳定同位素，1 1H，12H(氘)，168O，178O和188O。 　　　现场常用的是氘(12H)和188O。 　　一般在水分子中，不同同位素以不同方式组合，可组成不同的同位素水分子，如H2168O，H2D168O等。 　　地下水中富集轻的同位素1H和16O，而重同位素2H和18O偏小。 研究天然水中12H的含量δ21H值和188O的含量δ188O值对于确定地下水的来源具有重要意义，也是非常有效的方法。 　 氢氧同位素在地下水污染研究中的应用 3.3.1 　环境同位素示踪测试 实施步骤 　　3.3.2 　大气降水线 3.3.1 环境同位素示踪测试实施步骤 　① 在研究区域内划分不同的区域水体，在每个区域内采取水样。 ② 对水样进行同位素测试(氚，δ12H 值和δ188O值等)，同时测定常规离子及微量元素含量。 ③ 数据分析和对比，利用氚确定地下水的年龄。利用δ12H 值和δ188O值等研究不同水体间水力联系及污染物运移规律。 大气降水线 地下水的同位素组成取决于降水的同位素组成及地下水的循环过程，未经同位素交换的地下水，其同位素组成与补给水一致，