王哲

（長治市辛安泉域管理中心，山西 長治046000）

1 地下水重金屬污染概況

1.1 重金屬污染來源

地下水重金屬污染可以分為兩類，即天然因素和人為因素。其中，天然因素主要是土母質(zhì)、火山活動、森林火災(zāi)等自然問題；人為因素主要包括采礦與冶煉、化石燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)等，大體上可以劃分為采礦與冶煉、大氣沉降、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、污染灌溉五大類。

1.2 污染特點

地下水重金屬污染造成的問題十分嚴(yán)重，從有毒性、生物危害性等方面來看，重金屬污染的特點有難以降解、毒性范圍廣、可持續(xù)性強、具有生物富集性、累積危害性大等。

1.3 存在形態(tài)

地下水中的重金屬大體上可以分為兩種形態(tài)，即溶解態(tài)和顆粒態(tài)，例如采用0.45 μm 濾膜過濾水樣，過濾中的水體就是溶解態(tài)，原樣水中沒有過濾掉的就是顆粒態(tài)，包括存在于懸移質(zhì)中的懸移態(tài)和存在表層沉積物的沉寂態(tài)。不同的形態(tài)其遷移性質(zhì)也有所差異。其中，顆粒態(tài)重金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，形態(tài)性質(zhì)也有所差異。

2 造成地下水各種重金屬污染的主要原因

現(xiàn)階段，地下水污染現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，出現(xiàn)這些的原因主要是工業(yè)污染。不同重金屬均有不同的產(chǎn)生成因，具體介紹如下。

2.1 汞污染的形成原因

汞是一種金屬元素，一般稱之為水銀，其元素符號常用Hg 表示，多以銀白色的重質(zhì)液體為代表，在工業(yè)生產(chǎn)過程中極具工業(yè)價值。但是汞也會不斷形成汞廢水或者汞廢渣，有時還會產(chǎn)生很多含汞氣體，無論是液體、氣體還是固體，如果采用不合理的處理方法就會流入大自然中，比如土壤、河流中，對地下深層的地下水造成非常嚴(yán)重的影響。根據(jù)調(diào)查，很多時候許多化肥企業(yè)在加工化肥時添加少量的汞元素，將化肥放入農(nóng)作物后，會產(chǎn)生較大的汞污染，成為形成地下水汞污染的一種原因。根據(jù)國家的相關(guān)汞排放標(biāo)準(zhǔn)，如果在某個地下區(qū)域內(nèi)部的汞含量小于等于0.001 mg/L，則代表該區(qū)域地下水可以供人們正常引用，還可用來進行工業(yè)生產(chǎn)等。但是實際上，現(xiàn)階段許多區(qū)域的汞含量早已遠遠超過國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 鎘污染的形成原因

鎘同樣是一種金屬元素，在自然界中以化合物的狀態(tài)存在。鎘的化學(xué)元素為Cd，由于其含量較低，在自然界中對人體并不會造成危險，但是鎘如果與生物體進行反應(yīng)會給環(huán)境帶來嚴(yán)重污染。結(jié)合現(xiàn)階段的工業(yè)發(fā)展可看到，在工業(yè)生產(chǎn)中鎘元素的應(yīng)用非常多，鎘污染也比較多，導(dǎo)致地下水中鎘污染越來越嚴(yán)重。如果人體攝入鎘元素，非常容易出現(xiàn)骨質(zhì)疏松與肌肉萎靡等癥狀，嚴(yán)重影響著人類的身體健康。

2.3 鈉污染的形成原因

鈉的化學(xué)元素符號為Na，在自然界中分布十分廣泛，并且是人體所必需的金屬元素之一，也同樣是人體肌肉組織和神經(jīng)組織的重要組成部分。所以，很多時候攝取的鈉在正常范圍內(nèi)并不會對人體造成危險。但是如果攝入鈉的量非常多，則極其容易發(fā)生人體中毒事件，患者會因鈉污染中毒而引起血壓升高、出現(xiàn)水腫，胃黏膜上皮細胞受到損害。而生物學(xué)認為鈉的正常攝入量僅為200 mg/d，但是由于部分地下水中存在氰化鈉，許多專家與學(xué)者對其進行檢測與研究時會出現(xiàn)鈉中毒事故。

2.4 錳污染的形成原因

錳是一種灰白色且具有一定光澤的金屬，錳在自然界的分布同樣十分廣泛，土壤中正常的含錳量大約為0.25%，屬于人體的一種必需微量元素。但是如果對錳元素的吸收超過一定量時，極容易導(dǎo)致出現(xiàn)錳中毒的現(xiàn)象，人體的生殖能力也會受影響，葡萄糖的耐量、智力發(fā)育、胰島素正常合成、分泌功能均會受到十分嚴(yán)重的影響。許多地質(zhì)學(xué)家在對地下水進行勘察時，對錳元素的吸收不斷增加，出現(xiàn)錳中毒現(xiàn)象，危險的嚴(yán)重性不能忽視。

3 地下水重金屬污染修復(fù)技術(shù)及其研究進展

3.1 可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)

可滲透反應(yīng)墻技術(shù)也稱PRB，是美國在20 世紀(jì)80 年代所提出的重金屬污染修復(fù)技術(shù)，是當(dāng)今歐美等國家在地下水重金屬修復(fù)中主要的技術(shù)手段之一。需要在污染區(qū)域設(shè)置一個活性反應(yīng)介質(zhì)被動反應(yīng)區(qū)，如果重金屬污染過的水體經(jīng)過，地下水中的污染物就會與活性反應(yīng)介質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，污染物會直接被降解、吸附、沉淀、去除，從而降低地下水中的重金屬含量，使地下水水質(zhì)達到標(biāo)準(zhǔn)。

使用PRB 修復(fù)地下水重金屬污染，最終的修復(fù)效果與活性反應(yīng)介質(zhì)有直接關(guān)系。現(xiàn)如今，在PRB 研究中，主要使用活性炭、微生物、FeO、泥炭等材料。這些活性反應(yīng)介質(zhì)通常都具備降解重金屬能力強、吸附性強等特點，并且可持續(xù)較長的時間，還不會產(chǎn)生二次污染等問題。有關(guān)學(xué)者在使用PRB 時，采用活性碳作為活性反應(yīng)介質(zhì)，并制作成地下水重金屬污染鎘元素的反應(yīng)吸附格柵。試驗表明，活性炭對地下水中鎘元素吸附力最強時，通常要在較高的酸堿度且含鹽量低的條件下。

還有部分學(xué)者采用體積比例為1∶1∶0.5∶0.5 的砂、錳、鋅、硒，去除率分別能夠達到92.9%、89.6%、90.2%、88.3%，效果十分明顯。

3.2 原位生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)作為當(dāng)今環(huán)保領(lǐng)域研究的重點內(nèi)容，包括原位生物修復(fù)技術(shù)。該項技術(shù)指在不破壞地下水生態(tài)的基礎(chǔ)上，將地下水中原有或通過人工培養(yǎng)的特定微生物群放入水體當(dāng)中，通過吸附、吸收、降解等作用，使地下水中的重金屬減少，并逐漸使地下水系統(tǒng)恢復(fù)到正常水準(zhǔn)，達到國家規(guī)定的指標(biāo)。生物修復(fù)技術(shù)相比其他技術(shù)，優(yōu)勢主要表現(xiàn)在可以在現(xiàn)場進行、與其他修復(fù)技術(shù)配合使用、講解時間短、使用成本較低等。

原位生物修復(fù)技術(shù)在地下水重金屬污染處理方面上的應(yīng)用較為廣泛，并取得了很多研究成果。學(xué)者們在重金屬嚴(yán)重超標(biāo)的土壤和水體當(dāng)中發(fā)現(xiàn)了很多可以讓鉻酸鹽、重鉻酸鹽產(chǎn)生無害反應(yīng)的微生物，例如芽孢桿菌、堿菌等微生物，鉻酸鹽與重鉻酸鹽在微生物的作用下可以讓之前的六價鉻轉(zhuǎn)變成為三價鉻，大大降低格的毒性。還有些學(xué)者發(fā)現(xiàn)，趨磁細菌對去除水中重金屬具有明顯的效果，趨磁細菌可以吸收外來的鐵元素，并且在體內(nèi)可以形成具備磁性的鐵化合物。該方法使地下水中二價鐵、三價鉻、二價鎳等重金屬的去除率大大提高，平均在95%以上。

3.3 原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)

原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)是一種新型技術(shù)，該項技術(shù)主要利用了氧化還原反應(yīng)，用還原劑和水中的重金屬發(fā)生反應(yīng)，從而降低重金屬含量的一種原位修復(fù)技術(shù)。大體上可以分為原位化學(xué)氧化技術(shù)（ISCO）和原位化學(xué)還原技術(shù)（ICSR）。在ISCO技術(shù)使用當(dāng)中，主要是將氧化劑加入到水體中，這樣可讓重金屬產(chǎn)生氧化，形成毒性低、移動性差的產(chǎn)物。當(dāng)今最為常見的氧化劑主要是二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等，如在修復(fù)三價碘地下污水中，可以加入氧化劑使三價碘變?yōu)槲鍍r碘，降低碘元素的毒性。三價碘的溶解度要高于五價碘，可以降低碘元素的遷移性。ICSR 技術(shù)主要采用了化學(xué)修復(fù)藥劑所具備的還原性，對重金屬進行還原、吸附、沉淀、隔離等，把地下水當(dāng)中重金屬還原為低價的物質(zhì)，這樣即可降低重金屬的毒性，提高穩(wěn)定性。通常ICSR 應(yīng)用在鉻、砷重金屬修復(fù)當(dāng)中。原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)具備修復(fù)效率高、投入成本低、修復(fù)周期短等特性。之所以該項技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛，是因為地下水中有多種重金屬污染，修復(fù)一種重金屬可能造成另一種重金屬污染問題。此外，氧化劑、還原劑是否對人體無害還需要進一步考證。

4 結(jié)束語

綜上所述，地下水重金屬污染問題直接關(guān)乎著人體健康以及生態(tài)環(huán)境，由于重金屬難以分解、可在生物體中富集、有劇毒，地下水結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，需加強對重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究，結(jié)合修復(fù)技術(shù)推動該項技術(shù)的發(fā)展，這樣才能夠充分發(fā)揮重金屬污染修復(fù)技術(shù)效能，提高地下水質(zhì)量。