地下水污染防控技術(shù)的進(jìn)展

  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%的農田灌溉。目前中國90%的城市地下水遭受污染,已呈現由點(diǎn)向面擴展的趨勢,尤其是長(cháng)期對其污染問(wèn)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(kāi)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(lái)主要有:物理處理法、水力法、抽出處理法、化學(xué)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(jìn)行治理的一種方法,概括起來(lái)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(lái),以防止污染物進(jìn)一步擴散蔓延。它只在處理小范圍的劇毒、難降解污染物時(shí)才可考慮作為一種永久性的封閉方法,多數情況下,它只是在地下水污染治理的初期,被用作一種臨時(shí)性的控制方法。

 

  1.1.2被動(dòng)收集法

 

  該法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道,在溝內布置收集系統,將水面漂浮的污染物質(zhì),如油類(lèi)污染物等,或將所有受污染地下水收集起來(lái)以便處理的一種方法。

 

  1.1.3抽提法

 

  該法是在污染區施工一對或數對鉆孔,向一個(gè)孔 中注入清潔的水,從另一個(gè)孔中抽出含污染物的水到地表進(jìn)行處理,去除污染物或使其失效。在有些情況下處理過(guò)的水又重新注入地下,然后再抽出,一直持續到抽出的液體不含污染物為止。這種處理方式對抽取出來(lái)的水中污染物進(jìn)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,通過(guò)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(kāi)來(lái)。根據井群系統布置方式的不同,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(guò)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(shí),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(shí)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(dòng)力控制法一般也用作一種臨時(shí)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(jìn)行了治理試驗,結果表明:不僅可以部分的去除地下水中的石油類(lèi)污染物,而且可以通過(guò)改變地下水流模式,來(lái)防止污染物向下游的進(jìn)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,可根據污染物類(lèi)型和處理費用來(lái)選用,大致可分為:物理法。包括:吸附法、重力分離法、過(guò)濾法、反滲透法、氣提法、空氣吹脫法和焚燒法等。

 

  化學(xué)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,井群系統的建立是關(guān)鍵,井群系統要能控制整個(gè)受污染水體的流動(dòng)。處理后的地下水的去向有兩個(gè):一是直接使用;另一個(gè)則是用于回灌,因此環(huán)境學(xué)者和水文地質(zhì)學(xué)者轉向原位處理方法的研究。

 

  1.4化學(xué)修復法

 

  化學(xué)修復是通過(guò)氧化、還原、吸附、沉淀、有機金屬絡(luò )合等化學(xué)反應使重金屬或有機物在原地轉化為無(wú)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(kāi)發(fā)是關(guān)鍵,它們應具有很高的活性,本身無(wú)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(guò)井群系統向受污染水體灌注化學(xué)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(wú)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(wú)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后與該介質(zhì)發(fā)生反應,生成無(wú)害化產(chǎn)物或沉淀物而被去除。常用的填充介質(zhì)有:灰巖。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(shù)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(guò)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(lèi)污染,可用空氣吹脫,即將空氣注入到受污染區域底部,空氣在上升過(guò)程中,污染物中的揮發(fā)性組分會(huì )隨空氣一起溢出,再用集氣系統將氣體進(jìn)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(gè)受污染區域都被沖洗過(guò),則所有的烴類(lèi)污染物都會(huì )被去除。

 

  1.4.5電動(dòng)力學(xué)修復

 

  電動(dòng)力學(xué)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(dòng),該法可以高效除去地下水中的重金屬離子。在運用時(shí)需要注意的是堵塞問(wèn)題,尤其當地下水中重金屬反應生成沉淀,從而堵塞含水層,影響處理過(guò)程的進(jìn)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(chǎng)地不同區域的好氧、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(shí)間長(cháng),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(yíng)養物質(zhì)、污染物的生物可利用率等因素有關(guān)。因此,研究的熱點(diǎn)集中在通過(guò)傳送營(yíng)養物質(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(lái)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(chēng)空氣注射法(AirSparging)。它是在傳統氣提技術(shù)的基礎上加以改進(jìn)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(guò)增加及延長(cháng)停留時(shí)間促進(jìn)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(jìn)生物降解。Michael等人利用這一方法對污染地 下水進(jìn)行了修復,結果表明,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(kāi)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(huì )受到場(chǎng)所的限制,它只適用于土壤氣提技術(shù)可行的場(chǎng)所,同時(shí)生物注射法的效果亦受到巖相學(xué)和土層學(xué)的影響,空氣在進(jìn)入非飽和帶之前應盡可能遠離粗孔層,避免影響污染區域。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(yáng)離子表面活性劑通過(guò)化學(xué)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(jìn)行生物降解。密西根州立大學(xué)的Boyd博士專(zhuān)門(mén)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抽提地下水系統和回注系統相結合法

 

  這個(gè)系統主要是將抽提地下水系統和回注系統(注入空氣或H2O2、營(yíng)養物和已馴化的微生物)結合起來(lái),促進(jìn)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 系統修復污染的環(huán)境,生物降解明顯得到促進(jìn)。這個(gè) 系統既節約處理費用,又縮短了處理時(shí)間,無(wú)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(jìn),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(guò)程  。這種處理方法包括4個(gè)步驟,自然形成一閉 路循環(huán)。這4個(gè)步驟是:將污染地下水抽提至地面;在地面生物反應器內對其進(jìn)行好氧降解,生物反應器在運轉過(guò)程中要補充營(yíng)養物和氧氣;處理后的地下水通過(guò)滲灌系統回灌到土壤內;在回灌過(guò)程中加入營(yíng)養物和已馴化的微生物,并注入氧氣,使生物降解過(guò)程在土壤及地下水層內亦得到加速進(jìn)行。生物反應器法不但可以作為一種實(shí)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(lái),生物反應器的種類(lèi)得到了較大的發(fā)展,連泵式生物反應器、連續循環(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(jiàn)成效 。

 

  1.5.5厭氧處理

 

  大多數生物修復方法都是在好氧環(huán)境中進(jìn)行的,事實(shí)上在厭氧環(huán)境中進(jìn)行的生物修復也具有極大的潛力。厭氧降解碳氫化合物時(shí),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場(chǎng)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(jìn)行修復,修復的對象可以是有機物,也可以是無(wú)機物,主要的修復過(guò)程在植物的根部周?chē)M(jìn)行。植物修復的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是處于根部深層的污染物無(wú)法得到去除,而且污染物的毒性可能影響到植物的生長(cháng),修復過(guò)程比較緩慢。

 

  2地下水污染防治對策

 

  2.1切實(shí)貫徹有關(guān)法規政策,提高全民用水素質(zhì)堅決貫徹執行

 

  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,實(shí)行誰(shuí)污染誰(shuí)治理,誰(shuí)開(kāi)發(fā)誰(shuí)保護的原則,有步驟、有重點(diǎn)地解決水環(huán)境污染問(wèn)題。要更加廣泛地向全社會(huì )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(xué)保護、合理開(kāi)發(fā)利用和節約用水重要意義的認識和水的憂(yōu)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納入中、小學(xué)教材之中,教育青少年從小懂得珍惜、愛(ài)護水資源和水環(huán)境,養成節約用水的美德。

 

  2.2統籌規劃,合理開(kāi)發(fā)地下水資源

 

  增強全民環(huán)保意識,強化節約用水,推廣節水新技術(shù),加強對用戶(hù)尤其是大戶(hù)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(gè)生態(tài)系統予以全面規劃。

 

  2.3建立水質(zhì)監測網(wǎng),加強水質(zhì)監測,發(fā)現問(wèn)題及時(shí)解決建立水質(zhì)監測網(wǎng),逐步建立和完善水環(huán)境監測體系,對重點(diǎn)污染地區(段)進(jìn)行重點(diǎn)監測,系統掌握城市(區域)地表水、地下水水質(zhì)的污染發(fā)展變化及動(dòng)態(tài)特征,為保護水環(huán)境提供科學(xué)依據。

 

  3結語(yǔ)

 

  地下水污染是一個(gè)全球性的問(wèn)題,污染防治需要全世界每個(gè)人的關(guān)心和參與。雖然一些地下蓄水層的破壞已無(wú)法挽回,但大部分地區的蓄水層目前相對純潔。為了挽救地下水質(zhì),從根本上來(lái)說(shuō)要對全球經(jīng)濟 進(jìn)行根本的結構調整,鼓勵利用再生資源、城市小型化、人類(lèi)活動(dòng)環(huán)?；?減輕地球的負擔,如果人人都行動(dòng)起來(lái),最終人類(lèi)則不會(huì )因干渴而焦慮了。