Забруднення ґрунтових вод (також зване забрудненням підземних вод) відбувається, коли забруднюючі речовини викидаються на землю та потрапляють у підземні води. Цей тип забруднення води також може відбуватися природним шляхом через присутність незначної та небажаної складової, забруднювача або домішки в підземних водах, і в цьому випадку його швидше називають забрудненням, а не забрудненням. Забруднення підземних вод може відбуватися через каналізаційні системи на місці, фільтрат на звалищах, стоки з очисних споруд, витоки каналізації, автозаправні станції, гідророзрив (розрив) або надмірне застосування добрив у сільському господарстві. Забруднення (або зараження) також може виникнути через природні забруднення, такі як арсен або фторид. Використання забруднених ґрунтових вод створює небезпеку для здоров'я населення через отруєння або поширення хвороб (хвороби, що передаються через воду).

Забруднювач часто створює шлейф забруднювача у водоносному горизонті. Рух води та дисперсія у водоносному горизонті поширює забруднюючу речовину на більш широку територію. Його межа, що просувається, яку часто називають краєм шлейфу, може перетинатися з підземними колодязями та поверхневими водами, такими як просочування та джерела, що робить водопостачання небезпечним для людей і дикої природи. Рух шлейфу, який називається фронтом шлейфу, можна аналізувати за допомогою моделі гідрологічного транспорту або моделі ґрунтових вод. Аналіз забруднення ґрунтових вод може бути зосереджений на характеристиках ґрунту та геології ділянки, гідрогеології, гідрології та природі забруднюючих речовин. Різні механізми впливають на транспортування забруднюючих речовин, наприклад, дифузія, адсорбція, опади, розпад у ґрунтових водах.

Взаємодія забруднення підземних вод із поверхневими водами аналізується за допомогою гідрологічних транспортних моделей. Взаємодія між підземними і поверхневими водами складна. Наприклад, багато річок і озер живляться підземними водами. Це означає, що пошкодження водоносних горизонтів підземних вод, наприклад, шляхом гідророзриву або надмірного забору, може вплинути на річки та озера, які залежать від них. Вторгнення солоної води в прибережні водоносні горизонти є прикладом такої взаємодії. Методи запобігання включають: застосування принципу обережності, моніторинг якості підземних вод, зонування земель для захисту підземних вод, правильне розміщення каналізаційних систем на місці та застосування законодавства. Коли відбулося забруднення, підходи до управління включають очищення води в місці використання, рекультивацію ґрунтових вод або, як крайній засіб, залишення.

Типи забруднюючих речовин Забруднювачі, виявлені в підземних водах, охоплюють широкий спектр фізичних, неорганічних хімічних, органічних хімічних, бактеріологічних і радіоактивних параметрів. В принципі, багато тих самих забруднювачів, які відіграють роль у забрудненні поверхневих вод, також можуть бути знайдені в забруднених підземних водах, хоча їх відповідна важливість може бути різною.

Арсен і фторид

Всесвітня організація охорони здоров'я (ВООЗ) визнала арсен і фторид найсерйознішими неорганічними забруднювачами питної води в усьому світі.

Неорганічний арсен є найпоширенішим типом арсену в ґрунті та воді. Металоїдний арсен природним чином зустрічається в підземних водах, як це найчастіше спостерігається в Азії, включаючи Китай, Індію та Бангладеш. У рівнині Гангу на півночі Індії та Бангладеш сильне забруднення ґрунтових вод природним арсеном впливає на 25 % колодязів у мілкіших двох регіональних водоносних горизонтах. Грунтові води в цих районах також забруднені використанням пестицидів на основі арсену.

Арсен у підземних водах також може бути присутнім там, де ведуться гірничодобувні роботи або відвали шахтних відходів, які вилуговують арсен.

Природний фторид у підземних водах викликає все більше занепокоєння, оскільки використовуються більш глибокі підземні води, «причому понад 200 мільйонів людей ризикують пити воду з підвищеними концентраціями». Фторид особливо може виділятися з кислих вулканічних порід і розсіяного вулканічного попелу, коли жорсткість води низька. Високий рівень фтору в підземних водах є серйозною проблемою в Аргентинській Пампасі, Чилі, Мексиці, Індії, Пакистані, Східно-Африканському рифті та деяких вулканічних островах (Тенеріфе).

У місцевостях із природним високим вмістом фтору в підземних водах, які використовуються для питної води, флюороз як зубів, так і кісток може бути поширеним і важким.

Збудники

Відсутність належних санітарних заходів, а також неправильно розташовані колодязі можуть призвести до зараження питної води патогенними мікроорганізмами, які переносяться з фекаліями та сечею. Такі захворювання, що передаються фекально-оральним шляхом, включають черевний тиф, холеру та діарею. З чотирьох типів патогенів, присутніх у фекаліях (бактерії, віруси, найпростіші та гельмінти або яйця гельмінтів), перші три зазвичай можна знайти в забруднених ґрунтових водах, тоді як відносно великі яйця гельмінтів зазвичай фільтруються ґрунтовою матрицею.

Глибокі замкнуті водоносні горизонти зазвичай вважаються найбезпечнішим джерелом питної води щодо патогенів. Патогени з очищених або неочищених стічних вод можуть забруднювати певні, особливо неглибокі, водоносні горизонти.

Селітра Нітрати є найпоширенішим хімічним забруднювачем ґрунтових вод і водоносних горизонтів світу. У деяких країнах з низьким рівнем доходу рівень нітратів у ґрунтових водах надзвичайно високий, що спричиняє серйозні проблеми зі здоров'ям. Він також стабільний (не розкладається) в умовах високого вмісту кисню.

Підвищений рівень нітратів у підземних водах може бути спричинений санітарними умовами на місці, видаленням осаду стічних вод і сільськогосподарською діяльністю. Тому він може мати міське або сільськогосподарське походження.

Рівень нітратів вище 10 мг/л (10 ppm) у підземних водах може спричинити «синдром синього малюка» (набуту метгемоглобінемію). Стандарти якості питної води в Європейському Союзі передбачають менше 50 мг/л нітратів у питній воді.

Зв'язок між нітратами в питній воді та синдромом синього малюка заперечувався в інших дослідженнях. Спалахи синдрому можуть бути викликані іншими факторами, крім підвищеної концентрації нітратів у питній воді.

Органічні сполуки

Леткі органічні сполуки (ЛОС) є небезпечним забруднювачем ґрунтових вод. Як правило, вони потрапляють у навколишнє середовище через недбалу промислову практику. Багато з цих сполук не були відомі як шкідливі до кінця 1960-х років, і минув деякий час, перш ніж регулярне тестування підземних вод виявило ці речовини в джерелах питної води.

Основні ЛОС-забруднювачі, знайдені в ґрунтових водах, включають ароматичні вуглеводні, такі як сполуки БТЕК (бензол, толуол, етилбензол і ксилоли), і хлоровані розчинники, включаючи тетрахлоретилен, трихлоретилен і вінілхлорид. БТЕК є важливими компонентами бензину. Тетрахлоретилен і трихлоретилен є промисловими розчинниками, які історично використовувалися в процесах хімчистки та відповідно як знежирювач для металу.

Іншими органічними забруднювачами, присутніми в підземних водах і отриманими від промислових операцій, є поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАВ). Завдяки своїй молекулярній масі нафталін є найбільш розчинним і рухомим ПАВ, що міститься в підземних водах, тоді як бенз(а)пірен є найбільш токсичним. ПАВ зазвичай утворюються як побічні продукти в результаті неповного згоряння органічних речовин.

Органічні забруднювачі також можна знайти в підземних водах як інсектициди та гербіциди. Як і багато інших синтетичних органічних сполук, більшість пестицидів мають дуже складну молекулярну структуру. Ця складність визначає водорозчинність, адсорбційну здатність і рухливість пестицидів у системі ґрунтових вод. Таким чином, деякі типи пестицидів більш мобільні, ніж інші, тому їм легше досягти джерела питної води.

Метали Кілька слідів металів зустрічаються в природі в певних гірських утвореннях і можуть потрапляти в навколишнє середовище в результаті природних процесів, таких як вивітрювання. Однак промислова діяльність, така як гірничодобувна промисловість, металургія, утилізація твердих відходів, фарбувальні та емальові роботи тощо, може призвести до підвищених концентрацій токсичних металів, зокрема свинцю, кадмію та хрому. Ці забруднення можуть потрапити в ґрунтові води.

На міграцію металів (та металоїдів) у підземних водах впливатимуть декілька факторів, зокрема хімічні реакції, які визначають розподіл забруднюючих речовин між різними фазами та видами. Таким чином, рухливість металів в першу чергу залежить від рН і окисно-відновного стану підземних вод.

Фармацевтика

Слідові кількості фармацевтичних препаратів із очищених стічних вод, які проникають у водоносний горизонт, є одними з нових забруднювачів ґрунтових вод, які вивчаються по всій території Сполучених Штатів. Популярні фармацевтичні препарати, такі як антибіотики, протизапальні засоби, антидепресанти, деконгестанти, транквілізатори тощо, зазвичай містяться в очищених стічних водах. Ці стічні води скидаються з очисних споруд і часто потрапляють у водоносний горизонт або джерело поверхневих вод, які використовуються для питної води.

Слідові кількості фармацевтичних препаратів як у підземних, так і в поверхневих водах значно нижчі від того, що вважається небезпечним або викликає занепокоєння в більшості регіонів, але це може бути дедалі більшою проблемою, оскільки населення зростає та більше очищених стічних вод використовується для міського водопостачання.

Інші забруднювачі Інші органічні забруднювачі включають низку органогалогенідів та інших хімічних сполук, вуглеводні нафти, різноманітні хімічні сполуки, які містяться в засобах особистої гігієни та косметичних засобах, забруднення навколишнього середовища лікарськими засобами, включаючи фармацевтичні препарати та їхні метаболіти. Неорганічні забруднювачі можуть включати інші поживні речовини, такі як аміак і фосфат, і радіонукліди, такі як уран (U) або радон (Rn), які природно присутні в деяких геологічних утвореннях. Вторгнення солоної води також є прикладом природного забруднення, але воно дуже часто посилюється діяльністю людини.

Забруднення ґрунтових вод є світовою проблемою. Дослідження якості підземних вод основних водоносних горизонтів Сполучених Штатів, проведене між 1991 і 2004 роками, показало, що 23 % домашніх колодязів мали забруднюючі речовини на рівнях, вищих за контрольні показники для здоров'я людини. Інше дослідження показало, що основними проблемами забруднення ґрунтових вод в Африці, враховуючи порядок важливості, є: (1) забруднення нітратами, (2) патогенні агенти, (3) органічне забруднення, (4) засолення та (5) дренаж кислотних шахт.

Причини Причини забруднення підземних вод включають (подальша інформація нижче): Природні (геогенні) Внутрішні системи санітарії Стічні води та осад стічних вод Добрива та пестициди Комерційні та промислові витоки Гідравлічний розрив пласта Фільтрат звалища Інші

Природні (геогенні) «Геогенний» стосується природного походження в результаті геологічних процесів.

Природне забруднення арсеном відбувається через те, що відкладення водоносного горизонту містять органічну речовину, яка створює анаеробні умови у водоносному горизонті. Ці умови призводять до мікробного розчинення оксидів заліза в осадах і, таким чином, викиду арсену, який зазвичай міцно зв'язаний з оксидами заліза, у воду. Як наслідок, підземні води, багаті арсеном, часто багаті залізом, хоча вторинні процеси часто приховують асоціацію розчиненого арсену та розчиненого заліза. Арсен зустрічається в підземних водах найчастіше у вигляді відновленого арсеніту та окисленого арсенату, гостра токсичність арсеніту дещо вища, ніж арсенату. Дослідження ВООЗ показали, що 20 % з 25 000 свердловин, перевірених у Бангладеш, мали концентрацію арсену понад 50 мкг/л.