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和田地区绿洲带位于新疆塔里木盆地的南部，区内地下水为当地各族人民生活生产的主要供水水源，然而当地地下水中砷、氟浓度超标严重，给人们造成严重的健康隐患，因此开展地下水砷氟形成机理及高效共除砷氟方法研究显得非常重要，研究成果可以为合理开发当地地下水资源及防病改水提供一定的理论依据。
本文根据当地水文地质条件、地下水水化学特征，结合数理统计、水文地球化学等方法对研究区浅层地下水高砷、高氟的形成机理进行分析，同时研究了载镧活性炭共除砷、氟性能。主要研究成果如下：
(1)地表水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型，仅和田县1个地表水样点氟浓度超标，砷浓度均未检出。地下水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Ca·Mg、SO4·Cl-Na·Ca·Mg和HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型，地下水中氟超标率为41.1%，砷超标率为5.4%，砷氟共存超标率为4.0%。
(2)高氟高砷共存地下水主要分布于民丰县东北部。高砷地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Na型，高氟地下水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Mg型，高氟高砷共存地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Na型。随着井深的增加，地下水中砷、氟浓度也呈现增加趋势。研究区地下水碱性还原环境、强烈的蒸发浓缩作用、铁锰氧化物的溶解、碱性苏打水水化学环境均利于水中砷、氟的富集。蒸发浓缩作用、硅酸岩和蒸发岩的风化溶解作用、萤石等矿物溶解、阳离子交换作用均为控制高砷高氟地下水的主要因素。地下水砷氟健康风险评价结果表明，致癌风险和非致癌风险均超过了允许限值，通过饮水途径砷和氟会对人体健康造成不利影响。
(3)砷、氟与其他地下水化学组分的相关性分析表明，As与K++Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS、F-、Fe呈显著正相关关系，F-浓度与K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS、As、NH4+呈显著正相关关系。
(4)研究区浅层地下水水文地球化学模拟结果为，白云石、萤石、岩盐、石膏、CO2发生了溶解反应，方解石发生了沉淀反应，同时发生了Na+的解吸及Ca2+的吸附作用，Na+从矿物相中进入到地下水中，Ca2+从地下水中进入到矿物相中。岩盐、白云石、石膏等矿物的溶解使得地下水中Na+、Ca2+浓度升高，方解石达到饱和产生沉淀。地下水中氟主要来源于萤石矿物的溶解。
(5)扫描电镜分析、红外光谱分析、X-射线衍射分析结果表明改性后载镧活性炭孔隙增多，比表面积增大；改性后O-H伸缩振动峰、N-O伸缩振动峰、C-O伸缩振动峰强度减弱，在694cm-1出现了La-OH的伸缩振动峰；镧以非晶质形态(无定形氧化镧)负载在活性炭表面。
(6)增加载镧活性炭的投加量有利于提高砷氟共存的去除率，载镧活性炭适合在弱酸性条件下对砷、氟吸附共除，当pH值为4-6时，载镧活性炭对砷和氟的共吸附效果为最佳，氟的去除率在20%以上，最大吸附量达9.01mg/g，砷的去除率约为18%，最大吸附量达0.67mg/g，pH值对氟的吸附影响比对砷的影响显著。当吸附时间达到24h时，载镧活性炭对砷、氟基本达到共吸附平衡，对初始氟离子浓度10mg/L，砷浓度为1mg/L的共存溶液中氟和砷的吸附量分别为2.69mg/g和2.3mg/g，载镧活性炭对砷的吸附符合准一级动力学模型，对氟的吸附更加符合准二级动力学模型。等温吸附研究表明，吸附符合Langmuir吸附模型，对砷和氟的最大理论吸附量分别为2.25mg/g和1.84mg/g。
(7)共存离子影响研究表明，砷吸附受到共存阴离子的影响更大，阴离子对除氟效果的影响依次为HCO3-＞PO43-＞Cl-＞SO42-，除砷效果的影响依次为HCO3-＞PO43-＞SO42-＞Cl-。阳离子抑制载镧活性炭吸附砷作用大小为Ca2+＞Mg2+，Mg2+对氟去除影响较小，Ca2+对吸附氟有促进作用。目标离子相互影响表明，氟的存在并不会使砷的吸附产生太大影响，而砷的存在却会对氟的吸附产生较大影响。
(8)响应面优化实验表明，对氟离子吸附量影响的显著关系为pH值＞初始浓度＞投加量，对总砷吸附量影响的显著关系为pH值＞初始浓度＞投加量。氟离子最佳吸附条件为：投加量为67.3mg，初始浓度为7.1mg/L，pH值为4，氟离子吸附量为13mg/g。总砷最佳吸附条件为：投加量为25mg，初始浓度为10mg/L，pH值为3，总砷吸附量为3.2mg/g。不同进液浓度对吸附柱动态共吸附砷氟的影响研究表明，流速一定时，进水初始浓度增大，穿透时间和饱和时间缩短。
本文根据当地水文地质条件、地下水水化学特征，结合数理统计、水文地球化学等方法对研究区浅层地下水高砷、高氟的形成机理进行分析，同时研究了载镧活性炭共除砷、氟性能。主要研究成果如下：
(1)地表水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型，仅和田县1个地表水样点氟浓度超标，砷浓度均未检出。地下水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Ca·Mg、SO4·Cl-Na·Ca·Mg和HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型，地下水中氟超标率为41.1%，砷超标率为5.4%，砷氟共存超标率为4.0%。
(2)高氟高砷共存地下水主要分布于民丰县东北部。高砷地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Na型，高氟地下水水化学类型主要为HCO3·SO4·Cl-Na·Mg型，高氟高砷共存地下水水化学类型主要为SO4·Cl-Na型。随着井深的增加，地下水中砷、氟浓度也呈现增加趋势。研究区地下水碱性还原环境、强烈的蒸发浓缩作用、铁锰氧化物的溶解、碱性苏打水水化学环境均利于水中砷、氟的富集。蒸发浓缩作用、硅酸岩和蒸发岩的风化溶解作用、萤石等矿物溶解、阳离子交换作用均为控制高砷高氟地下水的主要因素。地下水砷氟健康风险评价结果表明，致癌风险和非致癌风险均超过了允许限值，通过饮水途径砷和氟会对人体健康造成不利影响。
(3)砷、氟与其他地下水化学组分的相关性分析表明，As与K++Na+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS、F-、Fe呈显著正相关关系，F-浓度与K++Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、TDS、As、NH4+呈显著正相关关系。
(4)研究区浅层地下水水文地球化学模拟结果为，白云石、萤石、岩盐、石膏、CO2发生了溶解反应，方解石发生了沉淀反应，同时发生了Na+的解吸及Ca2+的吸附作用，Na+从矿物相中进入到地下水中，Ca2+从地下水中进入到矿物相中。岩盐、白云石、石膏等矿物的溶解使得地下水中Na+、Ca2+浓度升高，方解石达到饱和产生沉淀。地下水中氟主要来源于萤石矿物的溶解。
(5)扫描电镜分析、红外光谱分析、X-射线衍射分析结果表明改性后载镧活性炭孔隙增多，比表面积增大；改性后O-H伸缩振动峰、N-O伸缩振动峰、C-O伸缩振动峰强度减弱，在694cm-1出现了La-OH的伸缩振动峰；镧以非晶质形态(无定形氧化镧)负载在活性炭表面。
(6)增加载镧活性炭的投加量有利于提高砷氟共存的去除率，载镧活性炭适合在弱酸性条件下对砷、氟吸附共除，当pH值为4-6时，载镧活性炭对砷和氟的共吸附效果为最佳，氟的去除率在20%以上，最大吸附量达9.01mg/g，砷的去除率约为18%，最大吸附量达0.67mg/g，pH值对氟的吸附影响比对砷的影响显著。当吸附时间达到24h时，载镧活性炭对砷、氟基本达到共吸附平衡，对初始氟离子浓度10mg/L，砷浓度为1mg/L的共存溶液中氟和砷的吸附量分别为2.69mg/g和2.3mg/g，载镧活性炭对砷的吸附符合准一级动力学模型，对氟的吸附更加符合准二级动力学模型。等温吸附研究表明，吸附符合Langmuir吸附模型，对砷和氟的最大理论吸附量分别为2.25mg/g和1.84mg/g。
(7)共存离子影响研究表明，砷吸附受到共存阴离子的影响更大，阴离子对除氟效果的影响依次为HCO3-＞PO43-＞Cl-＞SO42-，除砷效果的影响依次为HCO3-＞PO43-＞SO42-＞Cl-。阳离子抑制载镧活性炭吸附砷作用大小为Ca2+＞Mg2+，Mg2+对氟去除影响较小，Ca2+对吸附氟有促进作用。目标离子相互影响表明，氟的存在并不会使砷的吸附产生太大影响，而砷的存在却会对氟的吸附产生较大影响。
(8)响应面优化实验表明，对氟离子吸附量影响的显著关系为pH值＞初始浓度＞投加量，对总砷吸附量影响的显著关系为pH值＞初始浓度＞投加量。氟离子最佳吸附条件为：投加量为67.3mg，初始浓度为7.1mg/L，pH值为4，氟离子吸附量为13mg/g。总砷最佳吸附条件为：投加量为25mg，初始浓度为10mg/L，pH值为3，总砷吸附量为3.2mg/g。不同进液浓度对吸附柱动态共吸附砷氟的影响研究表明，流速一定时，进水初始浓度增大，穿透时间和饱和时间缩短。