0引言

 

  地下水是水資源重要的組成部分,維持中國近70%的人口飲用和40%的農(nóng)田灌溉。目前中國90%的城市地下水遭受污染,已呈現(xiàn)由點向面擴展的趨勢,尤其是長期對其污染問題缺乏應有的關(guān)注。地下水污染治理技術(shù)與工程應用方面才剛剛起步,因此,加強對地下水污染的治理和相應技術(shù)的開發(fā)成為一種迫切的需要。

 

  1地下水污染控制技術(shù)

 

  地下水污染控制技術(shù)歸納起來主要有:物理處理法、水力法、抽出處理法、化學法、生物修復法。

 

  1.1物理法

 

  物理法是用物理的手段對受污染的地下水進行治理的一種方法,概括起來又可分為:

 

  1.1.1屏蔽法

 

  該法是在地下建立各種物理屏障,將受污染水體圈閉起來,以防止污染物進一步擴散蔓延。它只在處理小范圍的劇毒、難降解污染物時才可考慮作為一種永久性的封閉方法,多數(shù)情況下,它只是在地下水污染治理的初期,被用作一種臨時性的控制方法。

 

  1.1.2被動收集法

 

  該法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道,在溝內(nèi)布置收集系統(tǒng),將水面漂浮的污染物質(zhì),如油類污染物等,或?qū)⑺惺芪廴镜叵滤占饋硪员闾幚淼囊环N方法。

 

  1.1.3抽提法

 

  該法是在污染區(qū)施工一對或數(shù)對鉆孔,向一個孔 中注入清潔的水,從另一個孔中抽出含污染物的水到地表進行處理,去除污染物或使其失效。在有些情況下處理過的水又重新注入地下,然后再抽出,一直持續(xù)到抽出的液體不含污染物為止。這種處理方式對抽取出來的水中污染物進行高效去除,但不能保證全部地下水尤其是巖層中的污染物得到有效去除。

 

  1.2水力法

 

  水力法是利用井群系統(tǒng),通過抽水或向含水層注水,人為地改變地下水的水力梯度,從而將受污染水體與清潔水體分隔開來。根據(jù)井群系統(tǒng)布置方式的不同,水力法可分為上游分水嶺法和下游分水嶺法。上游分水嶺法是在受污染水體的上游布置一排注水井,通過注水井向含水層注入清水,使得在該注水井處形成一地下分水嶺,從而阻止上游清潔水體向下補給已被污染水體,同時,在下游布置一排抽水井將受污染水體抽出處理;下游分水嶺法則是在受污染水體下游布置一排注水井注水,在下游形成分水嶺以阻止污染羽流向下游擴散,同時在上游布置一排抽水井,抽出清潔水并送到下游注入。同樣,水動力控制法一般也用作一種臨時性的控制方法,在地下水污染治理的初期用于防止污染物的擴散蔓延。徐紹輝等用水力控制技 術(shù)在淄博堠皋金嶺一帶進行了治理試驗,結(jié)果表明:不僅可以部分的去除地下水中的石油類污染物,而且可以通過改變地下水流模式,來防止污染物向下游的進一步運移。

 

  1.3抽出處理法

 

  抽出處理法是當前應用很普遍的一種方法,可根據(jù)污染物類型和處理費用來選用,大致可分為:物理法。包括:吸附法、重力分離法、過濾法、反滲透法、氣提法、空氣吹脫法和焚燒法等。

 

  化學法。包括:混凝沉淀法、氧化還原法、離子交換法和中和法等。

 

  生物法包括:活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法和土壤處置法等。受污染的地下水抽出后的處理方法與地表水的處理相同,需要指出的是,在受污染地下水的抽出處理中,井群系統(tǒng)的建立是關(guān)鍵,井群系統(tǒng)要能控制整個受污染水體的流動。處理后的地下水的去向有兩個:一是直接使用;另一個則是用于回灌,因此環(huán)境學者和水文地質(zhì)學者轉(zhuǎn)向原位處理方法的研究。

 

  1.4化學修復法

 

  化學修復是通過氧化、還原、吸附、沉淀、有機金屬絡(luò)合等化學反應使重金屬或有機物在原地轉(zhuǎn)化為無毒或毒性小的形式,或形成沉淀而去除。顯然,反應藥劑的研究與開發(fā)是關(guān)鍵,它們應具有很高的活性,本身無毒,不造成地下水的二次污染,且成本低廉。具體有:

 

  1.4.1加藥法

 

  通過井群系統(tǒng)向受污染水體灌注化學藥劑,如灌注中和劑以中和酸性或堿性滲濾液,添加氧化劑降解有機物或使無機化合物形成沉淀等。

 

  1.4.2滲濾墻技術(shù)

 

  滲濾墻技術(shù)主要適用于較薄、較淺含水層,一般用于填埋滲濾液的無害化處理。具體做法是在污染羽流的下游挖一條溝,該溝挖至含水層底部基巖層或不透水粘土層,然后在溝內(nèi)填充能與污染物反應的透水性介質(zhì),受污染地下水流入溝內(nèi)后與該介質(zhì)發(fā)生反應,生成無害化產(chǎn)物或沉淀物而被去除。常用的填充介質(zhì)有:灰?guī)r。用以中和酸性地下水或去除重金屬;活性炭。用以去除非極性污染物和CCl4、苯等;沸石和合成離子交換樹脂。用以去除溶解態(tài)重金屬等。

 

  1.4.3土壤改性法

 

  利用土壤中的粘土層,通過注射井在原位注入表面活性劑及有機改性物質(zhì),使土壤中的粘土轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C粘土。經(jīng)改性后形成的有機粘土能有效地吸附地下水中的有機污染物。

 

  1.4.4空氣吹脫技術(shù)

 

  對于有機烴類污染,可用空氣吹脫,即將空氣注入到受污染區(qū)域底部,空氣在上升過程中,污染物中的揮發(fā)性組分會隨空氣一起溢出,再用集氣系統(tǒng)將氣體進行收集處理;也可采用蒸汽沖洗,蒸汽不僅可以使揮發(fā)性組分溢出,還可以使有機物熱解;另外,用酒精沖洗亦可。理論上,只要整個受污染區(qū)域都被沖洗過,則所有的烴類污染物都會被去除。

 

  1.4.5電動力學修復

 

  電動力學修復技術(shù)是利用電滲析或電遷移和電泳, 使土壤孔隙中的水和電荷離子或粒子發(fā)生遷移運動,該法可以高效除去地下水中的重金屬離子。在運用時需要注意的是堵塞問題,尤其當?shù)叵滤兄亟饘俜磻沙恋?從而堵塞含水層,影響處理過程的進行。

 

  1.5生物修復法

 

  生物修復就是利用原生微生物在污染場地不同區(qū)域的好氧、兼氧、厭氧微生物反應降解污染物質(zhì)的環(huán)境修復方法。一般單純利用原生微生物降解污染物,降解效率低,所需時間長,因此,強化原生微生物降解污染物的效率就十分關(guān)鍵。研究表明,微生物的降解效果與溫度、營養(yǎng)物質(zhì)、污染物的生物可利用率等因素有關(guān)。因此,研究的熱點集中在通過傳送營養(yǎng)物質(zhì)、電子受體、表面活性劑、共代謝基質(zhì)等增加微生物的活性、污染物的生物可利用性或添加生物催化劑加速生物降解速度和效率等方面。 對于難降解的污染物,原生微生物的降解效率并不高,有必要馴化培養(yǎng)一些具有特定性能高速分解難降解化合物,并能與原生微生物共存的特異微生物,將這些高效微生物添加到污染的地下水環(huán)境中來降解那些難降解的有機物。具體有:

 

  1.5.1生物注射法

 

  生物注射法亦稱空氣注射法(AirSparging)。它是在傳統(tǒng)氣提技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進形成的新技術(shù),主要是將加壓后的空氣注射到污染地下水的下部,氣流加速地下水和土壤中有機物的揮發(fā)和降解。這種方法主要是抽提、通氣并用,并通過增加及延長停留時間促進生物降解,提高修復效率。以前的生物修復利用封閉式地下水循環(huán)系統(tǒng)往往造成氧氣量的供應不足,而生物注射井提供了大量的空氣以補充溶解氧,從而促進生物降解。Michael等人利用這一方法對污染地 下水進行了修復,結(jié)果表明,生物注射大量空氣,有利 于將溶解于地下水中的污染物吸附于氣相中,從而加速其揮發(fā)和降解。歐洲各國從20世紀80年代中期開始廣泛使用這一技術(shù),并取得了成功。

 

  當然這項技術(shù)的使用會受到場所的限制,它只適用于土壤氣提技術(shù)可行的場所,同時生物注射法的效果亦受到巖相學和土層學的影響,空氣在進入非飽和帶之前應盡可能遠離粗孔層,避免影響污染區(qū)域。另外,它在處理粘土層方面效果不理想。1.5.2有機粘土法 利用人工合成的有機粘土有效去除有毒化合物。帶正電荷的有機修飾物、陽離子表面活性劑通過化學鍵鍵合到帶負電荷的粘土表面上合成有機粘土,粘土上的表面活性劑可以將有毒化合物吸附到粘土上從而去除 62 資源環(huán)境與工程

 

  或進行生物降解。密西根州立大學的Boyd博士專門從事了這一方面的研究,他認為有機粘土可以擴大土壤和含水層的吸附容量,從而加強原位生物降解。

 

  1.5.3抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法

 

  這個系統(tǒng)主要是將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)(注入空氣或H2O2、營養(yǎng)物和已馴化的微生物)結(jié)合起來,促進有機污染物的生物降解。Smallbeck、DonaldR等人在加利福尼亞州的研究表明,采用此 系統(tǒng)修復污染的環(huán)境,生物降解明顯得到促進。這個 系統(tǒng)既節(jié)約處理費用,又縮短了處理時間,無疑是一種行之有效的方法。

 

  1.5.4生物反應器法

 

  生物反應器的處理方法是1.5.3方法的改進,就是將地下水抽提到地上部分用生物反應器加以處理的過程  。這種處理方法包括4個步驟,自然形成一閉 路循環(huán)。這4個步驟是:將污染地下水抽提至地面;在地面生物反應器內(nèi)對其進行好氧降解,生物反應器在運轉(zhuǎn)過程中要補充營養(yǎng)物和氧氣;處理后的地下水通過滲灌系統(tǒng)回灌到土壤內(nèi);在回灌過程中加入營養(yǎng)物和已馴化的微生物,并注入氧氣,使生物降解過程在土壤及地下水層內(nèi)亦得到加速進行。生物反應器法不但可以作為一種實際的處理技術(shù),也可用于研究生物降解速率及修復模型。近年來,生物反應器的種類得到了較大的發(fā)展,連泵式生物反應器、連續(xù)循環(huán)升流床反應器、泥漿生物反應器等在修復污染的地下水方面已初見成效 。

 

  1.5.5厭氧處理

 

  大多數(shù)生物修復方法都是在好氧環(huán)境中進行的,事實上在厭氧環(huán)境中進行的生物修復也具有極大的潛力。厭氧降解碳氫化合物時,微生物利用的電子受體 包括:硫酸鹽、硝酸鹽、Fe3+、Mg2+ 、CO2等。如:在美國加州已有利用此法在污染現(xiàn)場含水層缺乏溶解氧的情況下成功地處理苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的例子 。

 

  1.5.6植物修復技術(shù)

 

  利用植物對受污染的地下水進行修復,修復的對象可以是有機物,也可以是無機物,主要的修復過程在植物的根部周圍進行。植物修復的優(yōu)點是投資少,其根部可以滲透到一般技術(shù)難以達到的位置,污染物泄漏少并能使土壤得到改良;缺點是處于根部深層的污染物無法得到去除,而且污染物的毒性可能影響到植物的生長,修復過程比較緩慢。

 

  2地下水污染防治對策

 

  2.1切實貫徹有關(guān)法規(guī)政策,提高全民用水素質(zhì)堅決貫徹執(zhí)行

 

  中華人民共和國水法和中華人民共和國水污染防治法,完善地方法規(guī),實行誰污染誰治理,誰開發(fā)誰保護的原則,有步驟、有重點地解決水環(huán)境污染問題。要更加廣泛地向全社會宣傳水資源緊缺、地下水超采和污染的形勢,提高全民對科學保護、合理開發(fā)利用和節(jié)約用水重要意義的認識和水的憂患意識,還應把保護環(huán)境,保護地下水資源方面的知識和法規(guī)納入中、小學教材之中,教育青少年從小懂得珍惜、愛護水資源和水環(huán)境,養(yǎng)成節(jié)約用水的美德。

 

  2.2統(tǒng)籌規(guī)劃,合理開發(fā)地下水資源

 

  增強全民環(huán)保意識,強化節(jié)約用水,推廣節(jié)水新技術(shù),加強對用戶尤其是大戶的用水量控制,扶持企業(yè)搞環(huán)保,推廣潔凈新能源外,應把能源基地作為一個生態(tài)系統(tǒng)予以全面規(guī)劃。

 

  2.3建立水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng),加強水質(zhì)監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)問題及時解決建立水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng),逐步建立和完善水環(huán)境監(jiān)測體系,對重點污染地區(qū)(段)進行重點監(jiān)測,系統(tǒng)掌握城市(區(qū)域)地表水、地下水水質(zhì)的污染發(fā)展變化及動態(tài)特征,為保護水環(huán)境提供科學依據(jù)。

 

  3結(jié)語

 

  地下水污染是一個全球性的問題,污染防治需要全世界每個人的關(guān)心和參與。雖然一些地下蓄水層的破壞已無法挽回,但大部分地區(qū)的蓄水層目前相對純潔。為了挽救地下水質(zhì),從根本上來說要對全球經(jīng)濟 進行根本的結(jié)構(gòu)調(diào)整,鼓勵利用再生資源、城市小型化、人類活動環(huán)?；?減輕地球的負擔,如果人人都行動起來,最終人類則不會因干渴而焦慮了。