(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

地下水過度開采引起六價鉻污染危害及治理措施探析

馬曉蕾

(河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，河南 鄭州 450000)

當(dāng)前，我國地下水過度開采現(xiàn)象較為嚴(yán)重，地下水位下降、漏斗區(qū)與非飽和帶現(xiàn)象日益嚴(yán)重，引發(fā)了地下水六價鉻污染問題。六價鉻因其致毒性嚴(yán)重，成為地下水安全的重要威脅因素。主要由于地下水位下降導(dǎo)致凈化功能降低、水位流動異常、地下水位補(bǔ)給源變化會與六價鉻高度的遷移性相結(jié)合，使六價鉻隨著地下水的流動不斷擴(kuò)散，隨地下水位下降而沉積。六價鉻污染現(xiàn)象不僅發(fā)生在鉻工業(yè)污染染區(qū)，非鉻工業(yè)污染區(qū)也會因地下水位的下降、漏斗區(qū)域的出現(xiàn)、飽和帶的變化等出現(xiàn)累積與擴(kuò)散，因此地下水過度開采對于六價鉻污染的形成有著重要的影響作用。要治理地下水六價鉻污染問題，應(yīng)將地下水位修復(fù)與污染修復(fù)相結(jié)合進(jìn)行，同時治理，對治理效果進(jìn)行實時監(jiān)測，確保水力梯度科學(xué)合理，使地下水位流動科學(xué)，地下水的自動凈化能力與六價鉻的污染處理效果相結(jié)合，取得更好治理效果。

地下水過度開采；六價鉻污染；漏斗區(qū)；遷移

地下水是極其重要的水資源，能夠穩(wěn)定地層、調(diào)節(jié)涇流、用于生產(chǎn)和生活中。近年來，地下水過度開采現(xiàn)象較為嚴(yán)重，已經(jīng)引發(fā)了一系列環(huán)境地質(zhì)問題，隨之而來的，地下水污染已成為一個迫切需要解決的問題。

1 地下水過度開采會引發(fā)的水污染問題

地下水過度開采最顯著的危害就是地表沉降，而水污染則是另一個潛伏性極大、程度也更嚴(yán)重的危害。地下水主要通過兩個方面引發(fā)水污染問題。地下水污染來自于各方面原因，地表水和土壤的污染以及各種有害物質(zhì)的滲透等，都是污染物的重要來源。地下水過度開采對于水質(zhì)惡化是有著顯著影響的，這種惡化往往具有較強(qiáng)的不可逆性，很難恢復(fù)。地下水污染有很強(qiáng)的累積性，通過層層深入能夠不斷擴(kuò)大污染區(qū)域，并且發(fā)現(xiàn)較為困難，這就為及時的防治帶了很大困難。地下水污染對于水污染的影響一般來自于三個方面：

(1)地下水過度開采會造成巖溶塌陷問題，對第四系隔水層造成破壞，來自于地表的各種污水和劣質(zhì)潛水就會通過塌陷地段滲透到地下水中。工業(yè)污水往往經(jīng)由各種河流湖泊滲透到塌陷層中，之后緩慢進(jìn)入地下水中，引發(fā)水污染。

(2)地下水過度開采會引起水位的降低以及水量的減少，嚴(yán)重影響到地下水的自我凈化時間，一旦地下水無法承受來自于各處污染物，不能通過自我保護(hù)來凈化污染物，就會使污染出現(xiàn)累積，造成污染的持續(xù)擴(kuò)大。

(3)地下水過度開采會造成地下水漏斗面積的不斷擴(kuò)大，也就意味著需要更多的水源補(bǔ)給地下水，從而造成非保護(hù)面積內(nèi)的污水成為地下水補(bǔ)給接受對象，地下水污染概率就會隨著漏斗面積的擴(kuò)大而不斷提高。

2 六價鉻污染危害

六價鉻具有很強(qiáng)的遷移性，是一種氧化性較強(qiáng)、毒性較大的金屬元素，從工廠中排出的六價鉻進(jìn)入水中后，對于水中生物的生長、土壤農(nóng)田等都有較強(qiáng)的破壞作用?；烊腼嬘盟?，還會引起人體慢性中毒，通過消化、呼吸、皮膚以及粘膜系統(tǒng)進(jìn)入人體，進(jìn)而在人體的肝臟、腎臟以及內(nèi)分泌系統(tǒng)中累積，嚴(yán)重的情況下甚至可能導(dǎo)致死亡。六價鉻主要來源于兩個方面：

鉻能夠增強(qiáng)金屬機(jī)械性能，提高金屬耐磨、耐腐蝕等各種化學(xué)特性，是當(dāng)前眾多工業(yè)行業(yè)的重要原材料之一，冶金、水泥生產(chǎn)、工業(yè)涂料制造、制革、電鍍以及木材加工等都會使用到鉻。這些行業(yè)會排出大量廢水以及固體廢棄物，這些廢水廢物未經(jīng)處理進(jìn)入排入環(huán)境中時，就會污染水資源。事故、泄漏以及存儲不合理也會對水資源和土壤造成污染。如鉻鹽生產(chǎn)，在我國生產(chǎn)技術(shù)較為落后的時期，大量排出了含有濃度較高的六價鉻的渣料，這些渣料如果不能科學(xué)處理，而是直接露天堆放，就會因雨水沖洗而釋放出大量六價鉻，對周邊土壤以及地下水造成嚴(yán)重污染，進(jìn)而滲透到地下水中。地殼中的富鉻巖石也含有較多的鉻元素，以三價鉻和六價鉻為主要形式，隨著技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)能夠在自然中發(fā)現(xiàn)濃度較高的水溶六價鉻。此外，三價鉻在高溫和氧化劑條件下還會轉(zhuǎn)化為六價鉻。

3 六價鉻對地下水污染運移過程

六價鉻有很強(qiáng)的遷移性，是一種很容易滲透進(jìn)地下水的毒害物質(zhì)。簡彥濤等人在《場地污染后六價鉻在地層中的運移》采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▽μ粕绞心车劂t污染情況進(jìn)行了跨時間的對比。該區(qū)域在1991年發(fā)生六價鉻污染，并做了科學(xué)的清理工作，但在2009年再次對這一區(qū)域鉻污染情況進(jìn)行測定時，六價鉻污染范圍仍然處于不斷擴(kuò)大的狀態(tài)，污染面積和污染程度在地層處于下降狀態(tài)，但絕大部分六價鉻卻經(jīng)由第四系隔水層運移到地下水中。粉細(xì)砂地層是六價鉻污染賦存量最嚴(yán)重的地層，雜填土則是賦存量最少的地層，這與地下水在各不同巖性地層中的流速快慢是相一致，地下水在粉細(xì)砂等滲透性較強(qiáng)的地層中流速相對較快，六價鉻賦存量也高；而滲透性較低的地層則地下水流速低，六價鉻含量也低。地下水的自我凈化功能會對六價鉻的賦存量產(chǎn)生較大影響，該地區(qū)六價鉻污染通過清理無法根除并自然還原，而降雨以及地下水則是六價鉻緩釋的重要因素。因此，要使六價鉻不在地下水中蓄存，確保地下水能夠充分的流動是關(guān)鍵所在。

4 地下水過度開采加劇了六價鉻污染

4.1 地下水過度開采對六價鉻污染的推動作用

地下水過度開采的危害包括了對第四系隔水層的破壞以及地下水量的減少，而這兩點恰恰是造成六價鉻污染的重要原因之一，隔水層的破壞使地面工業(yè)鉻渣中包含的六價鉻隨著降雨進(jìn)入涇流中，再通過隔水層塌陷段進(jìn)入地下水中，塌陷段越大，表明六價鉻滲透空間也就越大。地下水量的減少對于運移性能良好的六價鉻起到了很大抑制作用，地下水不能充分發(fā)揮自身的凈化能力凈化六價鉻，也不能通過較強(qiáng)的流動性緩釋六價鉻，這兩個原因都會造成六價鉻在距離污染源較近的地方不為累積，在不同巖性的地層中出現(xiàn)不同程度的累積。

根據(jù)栗振廷與楊軍耀《地下水過度開采引起的六價鉻污染問題研究》分析，在非工業(yè)鉻污染區(qū)，地下水六價鉻污染的主要原因是非飽和帶鉻離子遷移和轉(zhuǎn)換。非飽和帶因含水量較小，鉻污染特征也不顯著。飽和帶六價鉻賦存量則會因含水量上升而呈明顯的上升趨勢，使地下水質(zhì)明顯惡化，降落漏斗區(qū)和六價鉻賦存量較高的區(qū)域之間存在較大的重合性，從一定程度上說明，地下水位會對六價鉻濃度產(chǎn)生一定影響，六價鉻污染濃度的增加和地下水位的時空演變有著較大的相關(guān)性。地殼中所含的鉻的形式轉(zhuǎn)化累積下來的六價鉻，因其強(qiáng)大的遷移性而隨著地下水位的下降而不斷沉積，因地下水無法提供足夠的凈化作用，導(dǎo)致六價鉻污染不斷加劇。

劉喜坤等人在《某市巖溶地下水六價鉻污染及控制因素分析》中，對工業(yè)六價鉻污染與地下水過度開采之間的時空變化關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與分析。該論文針對該市液壓件廠在20世紀(jì)7、80年代發(fā)生過電鍍車間的廢水下滲問題，使地下水出現(xiàn)六價鉻污染，之后關(guān)閉了該污染區(qū)，并采取相應(yīng)措施清理鉻污染，但仍未能清除鉻污染。同時，該污染區(qū)地下水在1996到2008年間進(jìn)行了持續(xù)的過渡開采，導(dǎo)致地下水位下降14m，并形成了漏斗區(qū)，通過觀察，該區(qū)域的降落漏斗區(qū)和六價鉻污染區(qū)有了很大程度的重合。根據(jù)2004、2005、2006、2007年的幾次檢測，結(jié)合地下水位的流動與補(bǔ)給，發(fā)現(xiàn)地下水并不會因為過度開采的簡單停止就稀釋掉六價鉻的污染，反而會因地下水補(bǔ)給范圍的變化，而使六價鉻同時進(jìn)行遷移，進(jìn)而在漏斗區(qū)之間、漏斗區(qū)與非漏斗區(qū)之間因地下水源補(bǔ)給而出現(xiàn)六價鉻污染的不斷擴(kuò)散問題。

4.2 地下水過度開采與六價鉻污染的相關(guān)性

結(jié)合六價鉻污染遷移實例和上面兩個實例說明地下水過度開采會對六價鉻污染產(chǎn)生一定的關(guān)系。地下水過度開采，造成水位下降后，會形成漏斗區(qū)域，當(dāng)漏斗區(qū)域內(nèi)水源補(bǔ)給超出保護(hù)范圍時，就會將一些含有污染物的水源吸收到該區(qū)域，其中就包括六價鉻污染水源，六價鉻污染既有來自于工業(yè)污染，也來自于自然中鉻的遷移轉(zhuǎn)換，因此即使不靠近鉻工業(yè)區(qū)，其地下水源如果出現(xiàn)過度開采，也會因為水位下降而出現(xiàn)六價鉻污染層層深入累積的問題，進(jìn)而隨著徑流到達(dá)其他區(qū)域。如果水位下降過大，也就無法通過水的流動性與自我凈化功能逐步消解六價鉻污染，反而會使六價鉻污染在該區(qū)域沉積，或者向水位更低的區(qū)域流動，并隨之將污染帶到流動區(qū)域中。

5 治理措施分析

要真正解決這一問題，需要通過實地分析，對六價鉻污染主要來源、地下水水位變化、地下水補(bǔ)給源等進(jìn)行綜合分析，采取綜合治理的措施進(jìn)行治理。

5.1 杜絕過度開采

對于未出現(xiàn)六價鉻污染或者輕微污染地區(qū)，重點要防止過度開采問題，從源頭上消滅污染問題。因此，各地區(qū)要對地下水開采進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，建立完善、統(tǒng)一的地下水資源管理系統(tǒng)，對地下水開采執(zhí)行嚴(yán)格的審批與勘探制度，培養(yǎng)一批專業(yè)過關(guān)、責(zé)任感強(qiáng)的勘探與科研人員，對地下水進(jìn)行科學(xué)的管理，通過完善的監(jiān)測與預(yù)警體系，及時發(fā)現(xiàn)開采中出現(xiàn)的各種事故及問題。

5.2 治理地下水過度開采

因地下水過度開采引發(fā)六價鉻污染的關(guān)鍵原因在于地下水位下降造成的地下水凈化能力不足、地下水流動造成的六價鉻污染累積、地下水漏斗區(qū)因補(bǔ)給源的變化與六價鉻遷移共同形成的六價鉻污染累積問題。針對這些問題，在治理地下水的過程中，需要對地下水漏斗區(qū)、塌陷區(qū)進(jìn)行回灌。在不破壞原區(qū)域水質(zhì)的情況下，以人工方式重新向地下灌入水資源，從而提高地下水位，由于所需水量較大，因此一般通過河水補(bǔ)給或者降水等進(jìn)行輔助，以完成回補(bǔ)。當(dāng)前，地下水修復(fù)技術(shù)研究較為深入，已經(jīng)使用的各種技術(shù)中包括水動力控制、流線控制等方法使水力梯度更為科學(xué)。此外，還可以通過有機(jī)粘土、電化學(xué)動力修復(fù)、植物修復(fù)、微生物修復(fù)以及復(fù)合修復(fù)法等方法修復(fù)被污染的地下水。

5.3 對六價鉻污染進(jìn)行針對性治理

六價鉻的遷移性使地下水中的六價鉻污染治理存在較大難度，當(dāng)前，針對六價鉻污染的治理已有很多研究成果，在實際應(yīng)用中也有較好的效果。針對地下水過度開采引起的地下水六價鉻污染的處理方法包括了原位處理法和異位處理法，原位處理法一般是通過滲透性反應(yīng)墻技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，反應(yīng)墻所使用的材料需要具備較強(qiáng)的吸附反應(yīng)和還原反應(yīng)，如活性炭、沸石、鐵屑、納米鐵等，近年來出現(xiàn)的生物墻技術(shù)也取得了較好的效果。六價鉻污染的異位處理技術(shù)則是先抽出地下水后再處理，需要較長的運行時間以及較高的處理成本。當(dāng)前使用的異位處理法主要有吸附法、藥劑還原和沉淀法、電解法以及生物法等修復(fù)技術(shù)。在處理過程中，還要對地下水的流動區(qū)域進(jìn)行實時監(jiān)測，在六價鉻污染范圍和程度擴(kuò)散并加重時，輔之以還原法等治理六價鉻污染，才能夠真正做到科學(xué)防治。六價鉻污染的監(jiān)測與治理與地下水過采的治理要同時進(jìn)行，尤其在鉻工業(yè)污染區(qū)域，漏斗區(qū)所引發(fā)的六價鉻污染物賦存量會更高，治理要及時、有效，并保持長期的監(jiān)測，避免治理充分或者因水位下降而引發(fā)地下水流動補(bǔ)給，并帶來新的污染源。

6 結(jié)語

地下水是淡水資源的主要來源，對于環(huán)境、人們生活的影響是長遠(yuǎn)面深入的，必須正視地下水過度開采對地下水造成的污染，六價鉻作為一種毒性很強(qiáng)的元素，相關(guān)部門、企業(yè)、社會都要有充分的重視，及時監(jiān)測并治理，與地下水開采治理同時進(jìn)行，不斷提高地下水存儲量和質(zhì)量。

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B

1004-1184(2017)05-0085-03

2017-04-18

馬曉蕾(1982-)，女，河南新密人，工程師，主要從事水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)工作。