尹秀貞

(中化地質礦山總局山東地質勘查院，山東 濟南 250013)

中國地下水質量總體較好，具有南方優(yōu)于北方、山區(qū)優(yōu)于平原、深層地下水優(yōu)于淺層地下水的特點。長期過量開采地下水，廢、污水的非法排放，危險品的非法堆放，大面積、超量化肥和農藥的使用，垃圾場的滲濾液的滲透，地下油罐的滲漏和環(huán)境突發(fā)事件等情況導致地下水正遭受著越來越嚴重的污染。根據(jù)《全國城市飲用水安全保障規(guī)劃(2006-2020年)》數(shù)據(jù)，全國近20%的城市集中式地下水水源水質劣于Ⅲ類。部分城市飲用水水源水質超標因子除常規(guī)化學指標外，甚至出現(xiàn)了致癌、致畸、致突變污染指標[1][2]。地下水的復雜性、隱蔽性等特點，決定了地下水一旦受到污染，要恢復和治理是非常緩慢、非常困難的，有時甚至是不可能恢復的[3][4]。我國地下水污染的特點：區(qū)域性地下水污染日益突出；重點地區(qū)地下水污染日趨嚴重；典型污染場地對地下水質的影響明顯增強[5]。開展地下水污染的調查，掌握污染情況，完善污染修復技術，制定實施地下水污染預防相關政策勢在必行。

1 地下水污染的特征污染物

地下水污染物可分為重金屬、無機污染物、有機污染物三種類型。(1)重金屬：銅、鋅、鉛、鎘、鉻、鎳、砷、汞、硒、銻、銀、鉈、鈹?shù)娜亢土鶅r鉻含量等，常見的有砷，其次是鉻和鉛。(2)無機污染物：硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、硫酸鹽、氯化物、氟化物等。(3)有機污染物：POPs、VOC、SVOCs(PAHs和PCBs)、有機溶劑和石油產(chǎn)物等，鹵代VOCs最為多見。有機污染物常以水溶相和非水相液體(NAPLs)存在于地下水環(huán)境中。主要污染場地及特征污染物見表1。

表1 污染場地地下水中潛在特征污染物類型[6]

2 地下水污染修復技術分析

地下水污染修復技術主要有：電動力學技術、空氣噴射、壓力破裂、微生物修復、阻隔-隔離墻、原位化學氧化修復技術、井內曝氣、監(jiān)測自然衰減、多相抽提、滲透反應墻、植物修復、抽出-處理技術、原位熱處理技術等[7][8]。筆者對常見的幾種地下水修復技術及其應用進行簡單分析。

2.1 地下水污染異位修復技術

2.1.1 抽取-處理修復技術

抽出-處理(pump and treatment，P&T)技術是修復受包括工業(yè)溶劑、重金屬和石油等溶解性化學物質污染的地下水的常用方法[9]，將地下水中的溶解相污染物抽出地表，然后進行處理。通過不斷地抽取污染地下水，使污染羽的范圍和污染程度逐漸減小，并使含水層介質中的污染物通過向水中轉化而得到清除[10]。抽出后的地下水可以利用的處理方法主要有生物法(活性污泥法、PCT、MBBR等)和物理化學法(活性炭吸附、離子交換、反滲透、化學沉淀、化學氧化等)兩類[11]。該技術的修復效果受場地巖性、污染物形式、含水層厚度、抽水量、抽水方式、井布局、井間距、井數(shù)量等因素影響；且修復時間長，隨著抽取的進行，處理效率下降，出現(xiàn)“拖尾”效應和“反彈”效應[12]，有時可以通過注入表面活性劑來增強效果[13]。其優(yōu)點是見效快，適用于應急處理、污染源阻隔、高濃度污染物場地等情況，修復時需要結合其他技術聯(lián)合使用。高能環(huán)境在我國騰格里沙漠和吉林采用該技術完成了污染場地的修復，取得了良好效果[14]。

2.1.2 多相抽提技術

多相抽提( multi-phase extraction，MPE)是一種通過使用真空提取等手段，同時抽取地下污染區(qū)域的土壤氣體、地下水和自由相污染物到地面進行相分離、處理，以控制和修復土壤與地下水中有機物污染的修復技術。完整的MPE系統(tǒng)包含污染物抽提、分離和處理三部分。MPE技術具有對環(huán)境友好、修復效率高、對地面環(huán)境擾動較小、影響面積大以及適宜高濃度污染場地修復等優(yōu)點。MPE技術應用時受抽提量、真空度、介質類別、污染物種類及存在形式等因素影響。

MPE技術適用于加油站、石化企業(yè)和化工企業(yè)等多種類型的污染場地，尤其適用于存在非水相液態(tài)污染物(NAPLs)情形的污染土壤與地下水的修復[15][16]。MPE技術在處理NAPLs類污染物時，抽取地下水形成地下水位降落漏斗，使NAPL向漏斗中心匯集，然后利用泵直接抽取NAPLs，同時可以激發(fā)土壤包氣帶污染物的好氧生物降解[17]，通過有效控制場地地下水位的降深及廢水產(chǎn)生量，能有效防止修復過程中地下水的污染深度隨NAPLs層的下降而出現(xiàn)增加，并節(jié)約廢水處理費用[18]。

2.2 地下水污染原位修復技術

2.2.1 地下水循環(huán)井修復技術

地下水循環(huán)井(groundwater circulantion well，GCW)通過在內井曝氣，形成的氣水混合物不斷上升，至循環(huán)井內井頂端后自由跌落，由外井上部穿孔花管反滲回含水層，氣體則經(jīng)氣水分離器排出，在循環(huán)井的下部，由于曝氣瞬間形成的井內外流體密度差異，井周圍的地下水不斷流入循環(huán)井，通過持續(xù)曝氣，最終在循環(huán)井周圍形成地下水的三維循環(huán)[19]。地下水中的揮發(fā)和半揮發(fā)性有機物由水相揮發(fā)進入氣相，通過曝氣吹脫作用去除，同時空氣中攜帶的氧氣溶解進入水相，并在濃度梯度作用下不斷擴散，在循環(huán)井周圍形成一個強化原位好氧生物降解區(qū)域。吸附或殘留在介質孔隙中的有機物通過垂直水力沖刷作用逐漸解吸或溶解進入水相，通過物理化學方法或生物降解去除[20]。白靜等人[21]對地下水循環(huán)井技術修復硝基苯污染含水層效果進行了模擬，硝基苯的濃度經(jīng)歷了快速下降-緩慢下降-濃度拖尾3個階段，殘留的硝基苯分布在遠離循環(huán)井的區(qū)域，能夠較好地修復硝基苯污染的地下水。

2.2.2 原位熱處理技術

原位熱處理(in-situ thermal treatment)技術是利用熱能將污染物從地下水中去除，可將污染地下水加熱至非常高的溫度，促使污染物和地下水轉化為氣態(tài)，部分化學物質在加熱過程就被破壞了，修復區(qū)域設置抽提井對污染地下水及其蒸汽混合物收集并抽提至地表進行處理。根據(jù)污染物的濃度和類型等采用汽水分離、吸收法、化學氧化法、活性炭吸附法或冷凝法等方法進行處理。加熱方式主要有：蒸汽/熱空氣注入與抽提SEE、電阻加熱ERH、熱傳導加熱TCH、射頻加熱等[22]。原位熱處理技術受土壤含水率、污染物所處深度、土壤類型、污染物種類、污染物與土壤的反應能力等因素限制，此外設備費用、處理費用較高。該技術能夠快速處理各種類型的污染物，對處理地下水中的NAPL特別有效[9]。美國伊利諾伊州一處受三氯乙烯(TCE)、二氯乙烯(DCE)和石油烴污染的場地采用蒸汽注射與抽提技術進行原位修復，大部分監(jiān)測井的TCE及DCE去除率均達到90%[23]。

2.2.3 可滲透反應屏障技術

可滲透式反應墻(permeable reactive barrier，PRB)技術是在地下安裝一個填充有活性反應材料的被動反應區(qū)，當受污染地下水在自然水力梯度的作用下通過活性材料墻體時，溶解的有機物、重金屬、核素等污染物與活性材料發(fā)生吸附、沉淀、氧化還原和生物降解反應而被去除，從而達到環(huán)境修復的目的[6][24][25]。PRB技術具有不需要動力，維護成本低，地表無處理設施等優(yōu)點；其局限是反應介質的堵塞、介質的更換等。PRB可分為單處理系統(tǒng)PRB和多單元處理系統(tǒng)PRB，單處理系統(tǒng)PRB適用于污染物比較單一、污染物濃較低、污染羽規(guī)模較小的場地；多單元處理系統(tǒng)PRB適用于污染場地比較復雜，污染物種類較多的情況。PRB技術的部分活性介質見表2。

1997年12月，澳大利亞東南部一個企業(yè)發(fā)生了石油溶劑油的泄漏事件，約3 000 L石油溶劑油滲漏到企業(yè)附近的土壤中，主要的污染物是溶解甲苯、乙苯、二甲苯和C6-C36的烷烴。采用隔水漏斗導水門式滲透反應墻，經(jīng)過10個月的治理，對單環(huán)芳烴C6-C36烴類的平均去除效率為54%～79.5%[27]。

2.2.4 原位微生物修復技術

原位微生物修復技術是利用土著微生物和注入馴化降解菌群，通過好氧降解或厭氧降解去除溶解于地下水中和吸附在含水層介質上的有機污染物?？赏ㄟ^往地層中注入氧氣和營養(yǎng)物質滿足微生物好氧降解需要的氧氣和營養(yǎng)物質，來提高處理效果。宜用于低濃度污染物、污染物可生化性好、地層滲透性好的污染場地。該技術具有操作簡單、經(jīng)濟、對環(huán)境擾動小、很少造成二次污染等優(yōu)點；其局限性在于受電子受體濃度和營養(yǎng)物質的限制，微生物降解緩慢，達到降解目標的時間受到限制。張勝等人[28]采用優(yōu)化土著微生物菌群的生物技術進行修復陜北黃土區(qū)石油污染地下水實驗研究，經(jīng)過28～37 d的微生物修復，地下水中石油的降解率為27.47%～92.46%，而無菌對照中的石油含量變化在5%以內，說明微生物能夠降解地下水中石油污染物。

表2 可應用于PRB技術的部分活性反應介質[26]

2.3 監(jiān)控式自然衰減技術

監(jiān)控式自然衰減(monitored natural attenuation，MNA)是一種利用自然過程來分解地下水中污染物的技術，通過對地下水的監(jiān)測，以確認在合理的時間范圍內，污染物自然衰減的程度足以達到保護受體和修復目標。衰減過程包括土壤顆粒的吸附、污染物的生物降解、污染物的揮發(fā)、稀釋和彌散等過程。MNA方法適用于污染程度低的場地，如：嚴重污染場地的外圍，或污染源很小的情形?？赏ㄟ^風險評價具體判斷MNA技術是否可行，如果污染物的自然衰減速率大于污染物的遷移速率，應用自然衰減方法是有效可行的[12]。

MNA技術的優(yōu)點：1)將污染物最終轉化成無害的副產(chǎn)物；2)對周圍的環(huán)境無破壞性；3)處理費用相對較低；4)不需要設備的安裝和維護[29]。其局限在于修復時間較長，風險較大的場地不能單獨使用。王威等人[30]對東北某石油類污染場地(TPH超標近10倍)開展場地勘察、室內實驗、溶質運移模擬等研究工作，結果表明污染物以自然衰減作用為主，污染暈的中心始終在場地的中心區(qū)域，遷移距離較小，MNA技術能在相對較短的修復時間內達到理想的修復效果。

2.4 聯(lián)合修復技術

部分污染場地的污染物種類多或地質條件復雜，單一的修復技術很難完成修復任務，或者即使能夠完成，其修復費用也會非常高，因此，聯(lián)合修復技術的使用是非常必要的。通過分析污染物的特征及污染程度、場地水文地質條件、污染場地的修復目標、污染場地修復完成后的功能使用規(guī)劃及其類似工程的實踐經(jīng)驗，結合現(xiàn)行主要修復技術的適用范圍及其技術可行性，綜合考慮經(jīng)濟條件，可提出優(yōu)化的聯(lián)合修復技術方案。

根據(jù)單個修復技術使用的時序或區(qū)域位置，聯(lián)合修復方案可以分為 “串聯(lián)”型和 “并聯(lián)”型。多個修復技術的“串聯(lián)”型聯(lián)合修復方案中，使用時具有先后順序，如：抽取/處理-原位空氣擾動-原位微生物修復；多個修復技術的“并聯(lián)”則沒有先后順序，可以同時在污染場地上開展，如：污染中心區(qū)域采用微生物強化修復，同時在污染場地外圍低濃度區(qū)采用監(jiān)測下的自然衰減方法[12]。

3 結語

地下水的污染日趨嚴重，防治工作勢在必行，切實做到“預防為主，防治結合”，主要從政策、技術、宣傳、資金等層面推進防治工作的開展。應盡快開展地下水修復技術的開發(fā)研究工作，尋找適用、經(jīng)濟、技術可行、無二次污染的生態(tài)修復技術。盡快構建地下水污染修復體系，指導修復工作的開展，同時需要合理確定地下水修復目標，在實現(xiàn)生態(tài)文明的同時，保障社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。

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