地下水污染

地下水污染治理技术的进展 陈秀成 1；曹瑞钰 2 (1.同济大学环境科学与工程学院，上海 200092； 2.国家环保局同济水污染处理设备质量监督检验中心，上海 200092) 摘 要：简要地介绍了地下水污染治理技术的沿革，包括物理法、水动力控制法、抽出处理法和原位 处理法，着重阐述了目前研究最多的原位处理法，即原位物化法和原位生物法。最后，提出了应该在学习 国外先进技术的基础上，开发研究适合我国国情的地下水污染治理技术。 关键词：地下水污染；治理技术；原位物化法；原位生物法 随着工业生产的高速发展，我国地下水污染的问题日益突出，地下水污染所带来的对环境和经济发展 的影响也日趋显露。因此，加强对地下水污染的治理和相应技术的开发就成为一种迫切的需要。客观上讲， 我国目前在地下水污染调查及地下水污染物迁移转化模式方面做了不少基础性工作，但在具体的地下水污 染治理技术方面做的工作却不多，而国外，尤其是欧美国家自 20 世纪 70 年代以来在地下水点源污染治理 方面取得了很大的进展，且逐渐发展形成较为系统的地下水污染治理技术。 1 地下水污染治理技术 地下水污染治理技术归纳起来主要有：物理处理法、水动力控制法、抽出处理法、原位处理法。 1.1 物理法 物理法是用物理的手段对受污染地下水进行治理的一种方法，概括起来又可分为： ①屏蔽法 该法是在地下建立各种物理屏障，将受污染水体圈闭起来，以防止污染物进一步扩散蔓延。常用的灰 浆帷幕法是用压力向地下灌注灰浆，在受污染水体周围形成一道帷幕，从而将受污染水体圈闭起来。其他 的物理屏障法还有泥浆阻水墙、振动桩阻水墙、板桩阻水墙、块状置换、膜和合成材料帷幕圈闭法等，原 理都与灰浆帷幕法相似。总的来说，物理屏蔽法只有在处理小范围的剧毒、难降解污染物时才可考虑作为 一种永久性的封闭方法，多数情况下，它只是在地下水污染治理的初期，被用作一种临时性的控制方法。 ②被动收集法 该法是在地下水流的下游挖一条足够深的沟道，在沟内布置收集系统，将水面漂浮的污染物质如油类 污染物等收集起来，或将所有受污染地下水收集起来以便处理的一种方法。被动收集法一般在处理轻质污 染物(如油类等)时比较有效，它在美国治理地下水油污染时得到过广泛的应用。 1.2 水动力控制法 水动力控制法是利用井群系统，通过抽水或向含水层注水，人为地改变地下水的水力梯度，从而将受 污染水体与清洁水体分隔开来。根据井群系统布置方式的不同，水力控制法又可分为上游分水岭法和下游 分水岭法。上游分水岭法是在受污染水体的上游布置一排注水井，通过注水井向含水层注入清水，使得在 该注水井处形成一地下分水岭，从而阻止上游清洁水体向下补给已被污染水体；同时，在下游布置一排抽 水井将受污染水体抽出处理。而下游分水岭法则是在受污染水体下游布置一排注水井注水，在下游形成一 分水岭以阻止污染羽流向下游扩散，同时在上游布置一排抽水井，抽出清洁水并送到下游注入。同样，水 动力控制法一般也用作一种临时性的控制方法，在地下水污染治理的初期用于防止污染物的扩散蔓延。 1.3 抽出处理法 抽出处理法是当前应用很普遍的一种方法，可根据污染物类型和处理费用来选用，大致可分为三类： ①物理法。包括：吸附法、重力分离法、过滤法、反渗透法、气吹法和焚烧法等。②化学法。包括：混凝 沉淀法、氧化还原法、离子交换法和中和法等。③生物法。包括：活性污泥法、生物膜法、厌氧消化法和 土壤处置法等。受污染地下水抽出后的处理方法与地 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 水的处理相同，需要指出的是，在受污染地下水的 抽出处理中，井群系统的建立是关键，井群系统要能控制整个受污染水体的流动。处理后地下水的去向有 ht tp :/ /w ww .c hi na ci ty wa te r. or g 中 国 城 镇 水 网 两个，一是直接使用，另一个则是用于回灌。用于回灌多一些的原因是回灌一方面可稀释受污染水体，冲 洗含水层；另一方面还可加速地下水的循环流动，从而缩短地下水的修复时间。其运行示意图如图 1 所示。 1.4 原位处理法 原位处理法是地下水污染治理技术研究的热点，不但处理费用相对节省，而且还可减少地表处理设施， 最大程度地减少污染物的暴露，减少对环境的扰动，是一种很有前景的地下水污染治理技术。原位处理技 术又包括物理化学处理法及生物处理法。 1.4.1 物理化学处理法 ①加药法。通过井群系统向受污染水体灌注化学药剂，如灌注中和剂以中和酸性或碱性渗滤液，添加 氧化剂降解有机物或使无机化合物形成沉淀等。 ②渗透性处理床。渗透性处理床主要适用于较薄、较浅含水层，一般用于填埋渗滤液的无害化处理。 具体做法是在污染羽流的下游挖一条沟，该沟挖至含水层底部基岩层或不透水粘土层，然后在沟内填充能 与污染物反应的透水性介质，受污染地下水流入沟内后与该介质发生反应，生成无害化产物或沉淀物而被 去除。常用的填充介质有：a.灰岩，用以中和酸性地下水或去除重金属；b.活性炭，用以去除非极性污染物 和CCl4、苯等；c.沸石和合成离子交换树脂，用以去除溶解态重金属等。 ③土壤改性法［1］。利用土壤中的粘土层，通过注射井在原位注入表面活性剂及有机改性物质，使土壤 中的粘土转变为有机粘土。经改性后形成的有机粘土能有效地吸附地下水中的有机污染物。 ④冲洗法［2］。对于有机烃类污染，可用空气冲洗，即将空气注入到受污染区域底部，空气在上升过程 中，污染物中的挥发性组分会随空气一起溢出，再用集气系统将气体进行收集处理；也可采用蒸汽冲洗， 蒸汽不仅可以使挥发性组分溢出，还可以使有机物热解；另外，用酒精冲洗亦可。理论上，只要整个受污 染区域都被冲洗过，则所有的烃类污染物都会被去除。 ⑤射频放电加热法。通入电流使污染物降解。 原位物化法在运用时需要注意的是堵塞问题，尤其是当地下水中存在重金属时，物化反应易生成沉淀， 从而堵塞含水层，影响处理过程的进行。 1.4.2 生物处理法 原位生物修复的原理实际上是自然生物降解过程的人工强化。它是通过采取人为措施，包括添加氧和 营养物等，刺激原位微生物的生长，从而强化污染物的自然生物降解过程。通常原位生物修复的过程为： 先通过试验研究，确定原位微生物降解污染物的能力，然后确定能最大程度促进微生物生长的氧需要量和 营养配比，最后再将研究结果应用于实际。现在所使用的各种原位生物修复技术都是围绕各种强化措施来 进行的，例如强化供氧技术大致有以下几种： ①生物气冲技术［2］。该技术与原位物化法中的气冲技术相似，都是将空气注入受污染区域底部，所 不同的是生物气冲的供气量要小一些，只要能达到刺激微生物生长的供气量即可。 ht tp :/ /w ww .c hi na ci ty wa te r. or g 中 国 城 镇 水 网 ②溶气水供氧技术［3］。这是由维吉尼亚多种工艺研究所(Virginia PolytechnicInstitute)的研究人员开 发的技术，它能制成一种由 2/3 气和 1/3 水组成的溶气水，气泡直径可小到 55 μm。把这种气水混合物注入 受污染区域，可大大提高氧的传递效率。 ③过氧化氢供氧技术。该技术是把过氧化氢作为氧源注入到受污染地下水中，过氧化氢分解以后产生 氧以供给微生物生长。过氧化氢常常要与催化剂一起注入，催化剂用以控制过氧化氢的分解速度，使之与 微生物的耗氧速度相一致。 强化营养物供应的技术有渗透墙技术［4］等。该技术是在污染区域内垂直于地下水流方向建一道渗透 墙，先将渗透墙内的水抽出，添加营养物后再回灌入渗透墙。这时，添加了营养物的渗透墙就成了一个营 养物扩散源，在渗透墙下游就会形成一个生物活跃区，从而强化了生物降解过程。 另外，强化措施还可以从微生物的角度入手。可以先在地表设施中对微生物进行选择性培养，然后再 通过注射井注入到受污染区域，或直接引进商品化菌种，都可以起到强化生物降解过程的作用。 总的来说，原位生物修复技术具体的工艺形式很多，但其原理无非都是自然生物降解过程的人工强化。 一般情况下，原位生物修复要与井群系统配合运行，即通过抽水井与注水井的配合，以加速地下水的流动 及氧和营养物的扩散，从而缩短处理时间。 2 国内的研究进展 国内目前在地下水污染治理技术方面刚刚起步，国家环保局曾于 1991 年—1995 年在山东淄博地区组 织过一项地下水修复项目［5］，在 10 km2 范围内布置了 213 口抽水井和观测井。监测资料表明，该地区 地下水中石油类污染物浓度平均达到 1.0 mg/L，最高达到 30 mg/L。在修复过程中，水动力控制法、原位生 物法和原位化学法都得到了应用。朱琨等人着重研究了原位化学修复中各种化学药剂的使用，结果表明， 二氧化氯为主的混合气(大部分二氧化氯和少量氯气、臭氧、过氧化氢的混合气)是一种经济有效的氧化剂， 它不但成本相对低，而且能有效地降低石油及苯系类污染物，并且不会生成有毒及诱变致癌物质。经现场 使用表明，地下水中检测到的 80 种有机污染物大部分都得到了降解，并且产物中没有发现诱变、致癌物质。 最近，台湾学者C.M.Kao和S.E.Lei又提出了一种叫泥炭生物屏障的原位生物修复技术［6］，该技术能有 效地降解地下水污染物中广泛存在的氯化污染物如三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)等。其原理是利用微生 物的共代谢作用，因为TCE和PCE均不能作为微生物的生长基质，所以需要为微生物提供另外的碳源，微 生物利用提供的碳源生长，然后再去降解TCE和PCE等污染物。该修复工艺如图 2 所示。 泥炭生物屏障垂直于水流方向设置，在泥炭中接种污水厂的活性污泥以引进微生物。在该工艺中，泥 炭作为一种基质扩散源，溶解性有机物从泥炭中释放出来并被微生物所利用，从而强化污染物的生物降解 过程。该工艺的特点是：无需地下水回灌；泥炭是一种很好的基质且价格便宜；施工简单，只需用传统的 开挖回填技术即可；建设与运行费用节省；而且泥炭屏障还能去除溶解性重金属，如铜、铅等。 另外，国内还有学者从土壤改性的角度进行了地下水污染防治的试验研究。据报道［7］，经表面活性 剂改性后的粘土去除油类污染物的能力比原粘土提高了 30.2%，且改性后粘土截留的油不易被清水洗出， ht tp :/ /w ww .c hi na ci ty wa te r. or g 中 国 城 镇 水 网 改性后粘土的油释放率比原粘土降低了 1/9 以上。另外还有报道［8］，向土壤中掺入活性炭纤维可以强化 土壤的反硝化能力。 3 应注意的问题 地下水污染的治理相对于地表水来说更加复杂，在进行具体的治理时，还需要考虑以下因素： ①在具体的地下水污染治理中，往往要多种技术结合使用。一般在治理初期，先使用物理法或水动力 控制法将污染区封闭，然后尽量收集纯污染物如油类等，最后再使用抽出处理法或原位法进行治理。 ②因为污染区域的水文地质条件和地球化学特性都会影响到地下水污染的治理，因此地下水污染的治 理通常要以水文地质工作为前提。 ③受污染地下水的修复往往还要包括土壤的修复。地下水和土壤是相互作用的，如果只治理了受污染 的地下水而不治理土壤，由于雨水的淋滤或地下水位的波动，污染物会再次进入地下水体，形成交叉污染， 使地下水的治理前功尽弃。 ④在地下水污染治理过程中，地表水的截流也是一个需要考虑的问题，要防止地表水补给地下水，以 免加大治理工作量。 参考文献： ［1］Catherine A Simpson,Associate Editor.New Processes may Replace Chlorine,Improve in Situ 　 remediation［J］.Pollution Engineering,1994,26(8):52. ［2］David F Weymann.Biosparging Used in Aquifer Remediation［J］.Pollution Engineering,1995,(5):36-41. ［3］John Krakowski.Hazardous waste Microbubbles and electron beams are part of growing arsenal to treat contaminated soils［J］.Pollution Engineering,1994,26(8):52. ［4］Devlin J F,Barker J F.Field Demonstration of Permeable Wall Flushing for Biostmulation of a Shallow Sandy Aquifer［J］.Groundwater Monitoring & Remediation,1999,19(1). ［5］Zhukun,Chenhui,LiGuangHe,et al.In Situ Remediation of Petroleum Co　 mpounds in Groudnwater A quifer With Chlorine Dioxide［J］.Wat Res,1998,32(5):1471-1480. ［6］Kao C M,Lei S E.Using a Peat Biobarrier to Remediate PCE/TCE Contaminated Aquifer［J］.Wat Res,2000,34(3):835-845. ［7］张朝阳，唐进宣.改性粘土对水中浮上——分散态油的截流能力实验［J］.土壤与环境，1999，8(3)： 238-240. ［8］胡国臣.地下水硝酸盐氮污染防治研究［J］.农业环境保护，1999，18(5)：228-230. ht tp :/ /w ww .c hi na ci ty wa te r. or g 中 国 城 镇 水 网