(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(jià)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(jià)鉻污染問題。六價(jià)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(dòng)異常、地下水位補(bǔ)給源變化會(huì)與六價(jià)鉻高度的遷移性相結(jié)合，使六價(jià)鉻隨著地下水的流動(dòng)不斷擴(kuò)散，隨地下水位下降而沉積。六價(jià)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(huì)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(duì)于六價(jià)鉻污染的形成有著重要的影響作用。要治理地下水六價(jià)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(shí)治理，對(duì)治理效果進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，確保水力梯度科學(xué)合理，使地下水位流動(dòng)科學(xué)，地下水的自動(dòng)凈化能力與六價(jià)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(jià)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(gè)迫切需要解決的問題。

1 地下水過度開采會(huì)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(gè)潛伏性極大、程度也更嚴(yán)重的危害。地下水主要通過兩個(gè)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(duì)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(shí)的防治帶了很大困難。地下水污染對(duì)于水污染的影響一般來自于三個(gè)方面：

(1)地下水過度開采會(huì)造成巖溶塌陷問題，對(duì)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(huì)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(huì)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(shí)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(huì)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(huì)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(duì)象，地下水污染概率就會(huì)隨著漏斗面積的擴(kuò)大而不斷提高。

2 六價(jià)鉻污染危害

六價(jià)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(jià)鉻進(jìn)入水中后，對(duì)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(huì)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(jià)鉻主要來源于兩個(gè)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(huì)使用到鉻。這些行業(yè)會(huì)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(shí)，就會(huì)污染水資源。事故、泄漏以及存儲(chǔ)不合理也會(huì)對(duì)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(shí)期，大量排出了含有濃度較高的六價(jià)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(huì)因雨水沖洗而釋放出大量六價(jià)鉻，對(duì)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(jià)鉻和六價(jià)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(jià)鉻。此外，三價(jià)鉻在高溫和氧化劑條件下還會(huì)轉(zhuǎn)化為六價(jià)鉻。

3 六價(jià)鉻對(duì)地下水污染運(yùn)移過程

六價(jià)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(jià)鉻在地層中的運(yùn)移》采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒▽?duì)唐山市某地鉻污染情況進(jìn)行了跨時(shí)間的對(duì)比。該區(qū)域在1991年發(fā)生六價(jià)鉻污染，并做了科學(xué)的清理工作，但在2009年再次對(duì)這一區(qū)域鉻污染情況進(jìn)行測定時(shí)，六價(jià)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(jià)鉻卻經(jīng)由第四系隔水層運(yùn)移到地下水中。粉細(xì)砂地層是六價(jià)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(duì)較快，六價(jià)鉻賦存量也高；而滲透性較低的地層則地下水流速低，六價(jià)鉻含量也低。地下水的自我凈化功能會(huì)對(duì)六價(jià)鉻的賦存量產(chǎn)生較大影響，該地區(qū)六價(jià)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(jià)鉻緩釋的重要因素。因此，要使六價(jià)鉻不在地下水中蓄存，確保地下水能夠充分的流動(dòng)是關(guān)鍵所在。

4 地下水過度開采加劇了六價(jià)鉻污染

4.1 地下水過度開采對(duì)六價(jià)鉻污染的推動(dòng)作用

地下水過度開采的危害包括了對(duì)第四系隔水層的破壞以及地下水量的減少，而這兩點(diǎn)恰恰是造成六價(jià)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(jià)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(jià)鉻滲透空間也就越大。地下水量的減少對(duì)于運(yùn)移性能良好的六價(jià)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(jià)鉻，也不能通過較強(qiáng)的流動(dòng)性緩釋六價(jià)鉻，這兩個(gè)原因都會(huì)造成六價(jià)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(jià)鉻污染問題研究》分析，在非工業(yè)鉻污染區(qū)，地下水六價(jià)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(jià)鉻賦存量則會(huì)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(jià)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(huì)對(duì)六價(jià)鉻濃度產(chǎn)生一定影響，六價(jià)鉻污染濃度的增加和地下水位的時(shí)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(jià)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(jià)鉻污染不斷加劇。

劉喜坤等人在《某市巖溶地下水六價(jià)鉻污染及控制因素分析》中，對(duì)工業(yè)六價(jià)鉻污染與地下水過度開采之間的時(shí)空變化關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查與分析。該論文針對(duì)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(jià)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(shí)，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(jià)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(dòng)與補(bǔ)給，發(fā)現(xiàn)地下水并不會(huì)因?yàn)檫^度開采的簡單停止就稀釋掉六價(jià)鉻的污染，反而會(huì)因地下水補(bǔ)給范圍的變化，而使六價(jià)鉻同時(shí)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(jià)鉻污染的不斷擴(kuò)散問題。

4.2 地下水過度開采與六價(jià)鉻污染的相關(guān)性

結(jié)合六價(jià)鉻污染遷移實(shí)例和上面兩個(gè)實(shí)例說明地下水過度開采會(huì)對(duì)六價(jià)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(huì)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(shí)，就會(huì)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(jià)鉻污染水源，六價(jià)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(huì)因?yàn)樗幌陆刀霈F(xiàn)六價(jià)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(dòng)性與自我凈化功能逐步消解六價(jià)鉻污染，反而會(huì)使六價(jià)鉻污染在該區(qū)域沉積，或者向水位更低的區(qū)域流動(dòng)，并隨之將污染帶到流動(dòng)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(shí)地分析，對(duì)六價(jià)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(duì)于未出現(xiàn)六價(jià)鉻污染或者輕微污染地區(qū)，重點(diǎn)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(jià)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(dòng)造成的六價(jià)鉻污染累積、地下水漏斗區(qū)因補(bǔ)給源的變化與六價(jià)鉻遷移共同形成的六價(jià)鉻污染累積問題。針對(duì)這些問題，在治理地下水的過程中，需要對(duì)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(dòng)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(dòng)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(duì)六價(jià)鉻污染進(jìn)行針對(duì)性治理

六價(jià)鉻的遷移性使地下水中的六價(jià)鉻污染治理存在較大難度，當(dāng)前，針對(duì)六價(jià)鉻污染的治理已有很多研究成果，在實(shí)際應(yīng)用中也有較好的效果。針對(duì)地下水過度開采引起的地下水六價(jià)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(jià)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(yùn)行時(shí)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(duì)地下水的流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在六價(jià)鉻污染范圍和程度擴(kuò)散并加重時(shí)，輔之以還原法等治理六價(jià)鉻污染，才能夠真正做到科學(xué)防治。六價(jià)鉻污染的監(jiān)測與治理與地下水過采的治理要同時(shí)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(jià)鉻污染物賦存量會(huì)更高，治理要及時(shí)、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(dòng)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(duì)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(duì)地下水造成的污染，六價(jià)鉻作為一種毒性很強(qiáng)的元素，相關(guān)部門、企業(yè)、社會(huì)都要有充分的重視，及時(shí)監(jiān)測并治理，與地下水開采治理同時(shí)進(jìn)行，不斷提高地下水存儲(chǔ)量和質(zhì)量。

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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。