当前世界环境

介绍

矿物的开采主要通过两种方式进行，即地下开采法(露天开采法)和地下开采法。在这两种方法中，地下水都起着重要的作用，因为由于开采岩石的地质格局发生变化，导致特定区域的水文变化，最终导致水污染或水质和水量的变化。毫无疑问，地下水是农业生存、人类健康、能源以及整个地球生态系统的重要来源。由于工业地区产生的废水和固体废物的过度开发和管理不善，对地下水的短缺和水质下降的压力正在加剧。报告说，长期的采矿活动使该地区的水质恶化，并降低了补水能力¹指出饮用水必须无微生物，并应具有适当的化学浓度，这两种性质的不平衡会对健康造成影响²

在本文中，研究的目的是确定研究区采矿活动及其周围地下水质量的变化和污染程度。整个研究区存在大量的小型采煤机组，运行方式不系统，面临着地下水水质恶化的严重威胁。从采矿单位附近地区采集水样，根据采集和分析的水样，整个地区的整体水质只有经过适当的处理才适合饮用。根据2013年地下水地图集，拉贾斯坦邦地区的所有7个街区都处于过度开发区，这将在不久的将来造成严重的水资源短缺。

研究区域

拉贾斯坦邦位于拉贾斯坦邦南部。北部与阿杰梅尔接壤，东部与比尔瓦拉地区接壤，南部与乌代普尔接壤，西部与巴利接壤。它延伸到23⁰31分49秒64比24⁰北纬30分16分57分74分⁰13分，19.93比74⁰东经59.58°一般海拔在平均海平面以上500 ~ 625米之间。

图1:拉杰萨曼地区位置图。 点击此处查看图

材料与方法

在季风后-2019期间，从裸井、管井、手泵采集地下水样本进行理化分析。在代表性水样的采样过程中，遵循IS:3025标准方法，收集的样品被运送到GMEC国际实验室，并按照标准方法分析各种理化参数，如电导率、pH值、总碱度、总溶解固体、钠、钾、钙、镁、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、氟化物、总硬度。

结果与讨论

从不同地区(Amet、Bhim、Deogarh、Khamnor、Kumbhalgarh、Railmagra、Rajsamand)共收集了70个样品，分析了电导率、pH、总碱度、总溶解固形物、钠、钾、钙、镁、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、氟化物和总硬度等基本参数。结果如表1所示，所有参数均以mg/l表示，pH没有单位，电导率(EC)以微西门子/厘米表示。

表1:地下水理化特征。

参数	单位		Amet				Bhim				Deogarh
			Minim-al	Maxima-l		的意思是	Minima-l		Maxim-al	的意思是	Minima-l		Maxim-al	的意思是
导电率	µS /厘米		580	4100		2340	500		9600	5050	360		3350	1855
pH值	N/A		7.6	8.6		8.10	7.9		8.9	8.40	7.9		9	8.45
TDS	毫克/升		313	2300		1307	286		5463	2875	179		1896	1038
TH	毫克/升		130	1195		663	130		2260	1195	95		625	360
Na+ 1	毫克/升		49	469		259	43		1139	591	32		467	249.5
K+ 1	毫克/升		4	196		100.00	7		74	40.50	4		383	193.50
Ca+ 2	毫克/升		22	178		One hundred.	36		381	209	16		132	74
毫克+ 2	毫克/升		11	182		97	10		319	165	13		72	43
Cl1	毫克/升		89	979		534	53		3085	1569	14		723	369
哌嗪2	毫克/升		10	432		221	19		394	207	5		303	154
二氧化碳2	毫克/升		0	30.		15.0	0		99	49.5	0		120	60.0
HCO31	毫克/升		183	464		324	73		415	244	159		543	351
没有3.1	毫克/升		0	129		64.5	10		112	61	6		175	90.5
F	毫克/升		0.82	2.98		1.90	0.42		3.94	2.18	0.2		5.65	2.93
参数	单位		Khamnor				Kumbhalgarh				Railmagra
			Minim-al	Maxim-al		Mea-n	Minim-al		最大	的意思是	最小的		最大	的意思是
电子商务	µS /厘米		520	7080		3800	620		5650	3135	1080		8000	4540
pH值	N/A		7.6	8.4		8.00	7.8		8.4	8.10	7.7		9	8.35
TDS	毫克/升		275	3946		2111	317		3084	1701	555		4845	2700
TH	毫克/升		120	1905		1013	70		1580	825	185		1340	763
Na+ 1	毫克/升		58	731		394.5	40		559	299.5	90		1316	703
K+ 1	毫克/升		0	121		60.50	4		31	17.50	5		90	47.50
Ca+ 2	毫克/升		16	405		211	6		136	71	20.		224	122
毫克+ 2	毫克/升		19	218		119	13		302	158	27		207	117
Cl1	毫克/升		78	2184		1131	64		1652	858	71		1744	908
哌嗪2	毫克/升		10	298		154	0		250	125	48		1249	649
二氧化碳2	毫克/升		0	15		7.5	0		24	12.0	0		78	39.0
HCO31	毫克/升		116	384		250	134		391	263	177		586	382
没有3.1	毫克/升		4	149		76.5	0		63	31.5	25		175	99.5
F	毫克/升		0.36	1.52		0.94	0.3		4.61	2.46	0.67		3.76	2.22
参数		单位			Rajsamand
					最小的			最大				的意思是
电子商务		µS /厘米			1470			7000				4235
pH值		N/A			7.6			8.8				8.20
TDS		毫克/升			805			4083				2444
TH		毫克/升			225			1550				888
Na+ 1		毫克/升			69			888				478.5
K+ 1		毫克/升			6			360				183.00
Ca+ 2		毫克/升			18			220				119
毫克+ 2		毫克/升			44			243				144
Cl1		毫克/升			170			1773				972
哌嗪2		毫克/升			62			1239				651
二氧化碳2		毫克/升			0			120				60.0
HCO31		毫克/升			153			683				418
没有3.1		毫克/升			0			218				109
F		毫克/升			0.06			2.61				1.34

将结果与饮用水标准的参数进行比较，如表2所示的电导率、pH值、溶解固形物、总碱度、钠、钾、钙、镁、氯化物、硫酸盐、碳酸盐、碳酸氢盐、硝酸盐、氟化物和总硬度。

表2:地下水水质数据与饮用水标准的比较。

老不。	水质参数及单位	世卫组织2017年国际标准指南		BIS-10500:2012		研究区域的样本范围
		理想的限制	最大允许限度	理想的限制	最大允许限度
	电子商务(µS /毫克)	1400	-	-	-	360 - 9600
	pH值	6.5	8.5	6.5	8.5	07.6 - 9.0
	TDS(毫克/升)	500	1000	500	2000	179 -5463
	TH(毫克/升)	One hundred.	500	200	600	70 - 2260
	Na + 1(毫克/升)	-	200	-	-	32 - 1316
	K + 1(毫克/升)	-	12	-	-	00 - 383
	Ca + 2(毫克/升)	75	200	75	200	6.0 - 405
	Mg + 2(毫克/升)	50	150	30.	One hundred.	-319 - 10.0
	Cl-1(毫克/升)	200	600	250	One hundred.	14 - 3085
	SO4-2(毫克/升)	200	400	200	400	62 - 1249
	CO3-2(毫克/升)	-	-	-	-	00 - 120
	HCO3-1(毫克/升)	-	-	-	-	73 - 683
	没有3.1(毫克/升)	-	50	45	没有放松方式	00 - 218
	F(毫克/升)	0.5	1．0	1．0	1，5	0.82 - -5.65

导电性

根据所得结果，电导率范围最小为- 360µS/cm (Deogarh tehsil的Anjana村)，最大为-9600µS/cm (Bhimtehsil的Jujupura村)。几乎90%的样本超过了世卫组织饮用水标准的理想限度。较高的酸、碱和盐浓度会导致较高的EC^3.更高的EC值也表明溶解的无机物在更高水平上以电离形式存在⁴。

图2:研究区GW观测到的EC(平均值)图形表示。 点击此处查看图

pH值

根据收集的样本，rajsamandtehsil的pasaoond村的pH值范围为7.6 pH至Railmagaratehsil的Kuraj村的pH值范围为9.0 pH，饮用水的标准pH值限值为6.5至8.5 (BIS 10500 -2012)。除10%的水样pH值偏高外，90%的水样均符合饮用水规格的规定限值。较高的pH值对人体健康没有直接影响，但它调节了水中的所有生物活动，但“较高的pH值降低了氯的消毒潜力⁵。

图3:研究区GW观测到的pH(平均值)图形表示。 点击此处查看图

总溶解固体(TDS)

如表1所示，安janvillage采样站的TDS值为179 mg/l, jujupur采样站的TDS值为5463 mg/l，平均值为1410 mg/l，超过90%的样品结果超出了理想限值，只有少数采样站在理想限值内⁶据报道，地下水中TDS值较高是由于土壤中的盐浸出所致。如前所述，不系统的倾倒会导致地下水中矿物质的浸出，从而导致附近地下水中溶解固体的增加。较高的TDS值(超过1500ppm)会引起胃肠道刺激^7.此前有报道称，与对照样本组相比，暴露于大理石工业废弃物的地下水样本中TDS的平均值要高得多，结果与以往的研究结果相比较，发现地下水受到大理石工业废弃物的污染⁸。

图4:研究区GW观测到的TDS(平均值)图形表示。 点击此处查看图

总硬度

分析结果表明，总硬度范围在- 70mg /l ~ 1905 mg/l之间，只有18%的样品低于BIS饮用水规范的理想限值，78个样品超过饮用水的理想限值300 ~ 600mg /l, 70%的水样低于边界线允许限值。较高的钙、镁、碳酸盐和碳酸氢盐离子的可溶性盐以及氯化物和硫酸盐控制着水质，使其不适合饮用和饮用，因为它的硬度可能是暂时的硬度或永久的硬度，它取决于阴离子与钙和镁的结合，总硬度的不良影响是肾脏和心脏疾病的结石形成⁹。

图5:研究区GW观测到的TH(平均值)图形表示。 点击此处查看图

钠(Na^{+ 1}）

正如我们所知，在元素丰度的顺序中，钠在第六位，通常它以可溶的形式存在于天然水中。水中钠的天然来源是岩石和土壤，大量的钠与氯化物结合会产生咸味。水中钠浓度高，不适合灌溉，钠盐也是蒸汽锅炉起泡的原因¹⁰在研究地区得到的结果如表1所示:在Deogarh tehsil的Anjana村发现的地下水钠浓度为32毫克/升，在Bhimtehsil的Jujupra村发现的钠浓度为1139毫克/升。世界卫生组织规定饮用水中钠的最高允许标准为200毫克/升。分析样本的结果显示，平均60%的水样高于订明容许标准。高钠水摄入可引起高血压、动脉硬化、水肿和高渗⁶。

图6:研究区GW中观测到的钠(平均值)图示。 点击此处查看图

钾(K^{+ 1}）

根据目前的研究，除了少数地点外，钾的浓度低于钠，从Khamnortehsil的Nathdwara村的0毫克/升到Deogarh tehsil的Tal村的383毫克/升不等。根据世界卫生组织饮用水中钾的最高允许标准限量为12毫克/升，采样地区的水样均超过世界卫生组织的最高允许标准限量。

图7:研究区GW观测到的钾(平均值)示意图。 点击此处查看图

钙(Ca^{+ 2}）

根据目前的研究和获得的结果，在所有采样站中，Kelwara村的钙浓度在6mg/l范围内，Koonchal村的钙浓度最高为405 mg/l，约60%的样品超过了BIS饮用水标准的可接受限度，即75 mg/l⁷只有40%的样本低于可接受限度，0.5%的样本超过双饮用水标准的最大允许标准限度，即200毫克/升⁷长期摄入高浓度的钙会导致腹部疾病，并因其结痂和结垢性而不适合家庭使用。采样区Ca浓度较高^{+ 2}是大理岩开采和倾倒区的矿物在地下水中浸出的结果。

图8:研究区GW中观察到的钙(平均值)图示。 点击此处查看图

镁(毫克^{+ 2}）

镁和钙是最丰富的矿物质，根据研究结果，在帕德梅拉村，镁的含量为10毫克/升，在Jujupura村，镁的含量为319毫克/升，在本研究中，90%的样本超过了国际水标准的理想限制，即30毫克/升⁷85%的水样低于国际标准局饮用水标准的最高允许标准限量100毫克/升⁷高浓度的镁对于家庭用途是不可取的，因为它负责水的治理。

图9:研究区GW中观测到的镁(平均值)图示。 点击此处查看图

氯化(Cl¹）

氯化物在鉴别水质中起着至关重要的作用，地下水中氯化物的来源可能是岩石的风化作用、沉积岩的浸出、生活和工业废物以及农业领域的肥料。在本研究中，氯化物在Anjna村发现的范围为14毫克/升，在jujupurvillage村发现的范围为3085毫克/升，但所有站点的平均值为784毫克/升。根据印度标准局2012年给出的饮用水标准，氯化物的理想限量是200毫克/升，最大允许限量是600毫克/升。研究表明，只有37%的样本低于假定限量，大约1- 2%的样本高于BIS标准的最大假定限量。

图10:研究区GW观测到的氯化物(平均值)图示。 点击此处查看图

硫酸(所以₄²）

硫酸盐通常存在于矿井水和一些工业废水中，高浓度的硫酸盐具有通便作用，并与其他离子结合，产生苦味^10.根据BIS: 10500,2012，饮用水中硫酸盐的假定限量为200毫克/升，在没有替代来源的情况下，最大假定标准为400毫克/升。用浊度计或分光光度计用氯化钡和调理试剂测定硫酸盐。在本研究中，硫酸盐含量在0 ~ 1239 mg/l之间，75%的样品低于饮用水允许限量，92%的样品低于饮用水最大推定标准限量。在少数几个采样站显示高浓度的硫酸盐，这可能在水管中形成水垢，并可能在水中产生辛辣的味道，对人类健康和牲畜具有净化作用。

图11:研究区域GW中观测到的硫酸盐(平均值)图形表示。 点击此处查看图

碳酸(有限公司_3.²）

所有采样站的碳酸盐含量在0 ~ 120毫克/升之间，平均值为33毫克/升。几乎50%的样品显示碳酸盐值为零，只有两个采样点显示碳酸盐超过100毫克/升。

图12:研究区GW观测到的碳酸盐(平均值)图形表示。 点击此处查看图

重碳酸盐(HCO3¹）

目前的研究表明，碳酸氢盐的浓度在Jujpurato为73毫克/升，在Rjsamand Tehsil的Bhatoli为683毫克/升，而所有样品的平均值为122毫克/升。(Stumm和morgan, 1996)的研究表明，矿物溶解的主导作用是地下水中碳酸氢盐浓度较高的原因。

图13:研究区GW内观测到的碳酸氢盐(平均值)图示。 点击此处查看图

硝酸(不_3.¹）

根据进行的研究，样品中发现的NO3的范围从每升0毫克到每升175毫克，而根据BIS，硝酸盐的允许限量为45毫克/升，饮用水中超过45毫克/升的标准假定限量没有放松。在研究期间，60%的样本在饮用水标准允许范围内，40%的样本超过允许范围，已有报道称硝酸盐浓度过高会导致儿童蓝婴综合征。地下水中硝酸盐的主要来源是肥料、生活污水和工业废水。

图14:研究区GW中观测到的硝酸盐(平均值)示意图。 点击此处查看图

氟(F)

在自然界中，氟化物以萤石(萤石)、磷矿、三磷酸盐、磷矿晶体的形式存在，气候是控制地下水流经的岩石矿物组合中氟化物附属矿物浓度存在的主要因素¹¹在目前的研究中，氟含量为0.06毫克/升至5.65毫克/升，而所有样本的平均值为1.93毫克/升。根据国际标准局对饮用水氟化物的假定限量为1毫克/升，最大假定标准限量为1.5毫克/升。从所获得的结果来看，62%的样品在假定限量范围内，38%的样品超过可接受限度，而90%的样品在最大假定限量范围内，地下水中氟化物的重要来源是溶溶氟化物的浸出、风化。根据先前的研究，过量的氟化物会导致牙齿、骨骼和非骨骼氟中毒。

图15:研究区GW中观察到的氟化物分布图。 点击此处查看图

结论

根据采集和分析的样品，可以总结出由于大理石开采及其相关活动，整个地区的地下水质量恶化，测量标准是电导率，pH，碱度-总，溶解固形物-总，钠，钾，镁，钙，硫酸盐，氯化物，碳酸盐，碳酸氢盐，硝酸盐，氟化物和总硬度。结果表明，地下水水质污染可能是由于大理岩和加工废弃物的不系统倾倒和不规范、无计划的采矿活动造成的。据报道，由于采矿及其相关活动，TDS、硬度、碱度、钙和硫酸盐(包括EC和pH)的浓度有所下降。¹²报道称，渗滤液能提高水中无机物质或氯化物、碳酸氢盐、钠、硫酸盐和钾等物质的溶解率。¹³报告说，大理石工业产生的废物正在破坏约旦扎尔卡省的地下水资源¹⁴

整体水样只有经过进一步必要的处理才能适合饮用。水质恶化将对当地居民的健康造成严重危害。¹⁰根据2013年地下水地图集，拉杰斯曼德地区的所有七个街区都处于过度开发区，这将在不久的将来造成严重的水资源短缺。

由于整个地区有大量的小型大理石单位，造成了严重的环境影响，因此应该注意到应该采取行动改善水质，应该实施行动计划来改善拉杰萨姆德地区大理石矿区的水质。建议用雨水补给地下水可以最大限度地减少矿物质的浓度，并导致该地区地下水位的提高。

鸣谢

本文第一作者衷心感谢斋浦尔苏雷什吉安维哈尔大学气候变化与水研究中心协调员苏拉杰·库马尔·辛格博士和什卢蒂·坎加博士，感谢他们在采样、分析样本和制定研究结果过程中的指导，并感谢GMEC国际公司提供的实验室设施。印度中央地下水委员会退休高级科学家S S Rathore先生在数据解释期间指导她。

资金来源

这项研究工作没有收到任何资金和财政支持。

参考文献

1. 陈晓明，等(2011)，，环境农业与食品化学电子学报，2011,10(6)，2296-2304。
2. SaranathanEt et al .(2014)基于GIS建模的采矿环境对地下水质量的影响，《国际化学技术研究杂志》vol 6 no 14 pp 5441-5449。
3. Naik, p.d.， Ushamalini和Somashekhar, R.K.采石场地区地下水评价。环境科学学报，2007;23(1): 15 - 18。
4. H. Manjunatha等人(2012):《印度卡纳塔克邦ChallakereTaluk地下水质定性分析》，《热带生命科学杂志》第2卷，第2期。2，第44 - 48页，2012年5月。
   CrossRef
5. Mohapatra TK, KM Purohit (2000) Paradeep地区饮用地表水和地下水的质量方面。污染水域生态学。1:144。
6. S. V. Sarath Prasanth等人(2012)印度喀拉拉邦Alappuzha地区沿海地区地下水质量及其饮用和农业用途适宜性评价。苹果水科学(2012):165 - 175。
   CrossRef
7. Shankar, Muttukrishan(1994)污染地下水的原位生物修复。全国EPCR-04学术研讨会论文集，UBDT工程学院。Davangere。32。
8. Muhammad Iqbal等人(2018)，大理石工业废水对巴基斯坦北部斯瓦特水质的影响，生物多样性与环境科学杂志(JBES)，卷。13，第1期，第34-42页。
9. 萨斯特里KV, P Rathee(1988)哈里亚纳邦(罗塔克区)Kanneli村水的物理化学和微生物特性。Proc,学术。环境生物学报，7(1):103-108。
10. 美国国家地下水协会，地下水基本原理
11. Handa, b.k.:(1975)“印度含氟地下水的地球化学和成因”，《地下水》13(3)，275-281页。
    CrossRef
12. Lamare R. Eugene et al .(2014):东Jaintia Hills, Meghalaya的石灰石开采对水质的影响，国际环境科学研究Vol. 3(5)， 13-20。
13. E. Zanoni等人，(1973)。?土地处置固体废物对地下水的潜在污染;?暴击。启包围。科学。抛光工艺。第3卷，1973,225-260。
    CrossRef
14. 16 Fakher J. Aukour等人(2008)，大理石生产与环境约束:来自约旦Zarqa省的案例研究，《约旦地球与环境科学杂志》第1卷第1期，第11 -21页
15. 印度标准饮用水-规范:10500(第二次修订)2012。
16. 斯坦姆，M.和摩根，J.J.(1981)。水生化学:介绍强调化学平衡在自然水域，第2版。威利，纽约
17. 世卫组织(2017年)《饮用水质量准则》，世界卫生组织，日内瓦。
18. 拉贾斯坦邦拉贾萨邦地区水文地质地图集2013。
19. 印度矿物年鉴2016(第三部分:矿物评论)第55版大理石(预发版)2018年1月。
20. APHA:水和废水检验的标准方法，23^{理查德·道金斯}埃德，华盛顿特区，2017年。
21. 印度水和废水取样和分析标准IS: 3025 1988 (R随后)。