地下水污染防控技术的进展

  0引言

 

  地下水是水资源重要的组成部分,维持中国近70%的人口饮用和40%的农田灌溉。目前中国90%的城市地下水遭受污染,已呈现由点向面扩展的趋势,尤其是长期对其污染问题缺乏应有的关注。地下水污染治理技术与工程应用方面才刚刚起步,因此,加强对地下水污染的治理和相应技术的开发成为一种迫切的需要。

 

  1地下水污染控制技术

 

  地下水污染控制技术归纳起来主要有:物理处理法、水力法、抽出处理法、化学法、生物修复法。

 

  1.1物理法

 

  物理法是用物理的手段对受污染的地下水进行治理的一种方法,概括起来又可分为:

 

  1.1.1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。它只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。

 

  1.1.2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,或将所有受污染地下水收集起来以便处理的一种方法。

 

  1.1.3抽提法

 

  该法是在污染区施工一对或数对钻孔,向一个孔 中注入清洁的水,从另一个孔中抽出含污染物的水到地表进行处理,去除污染物或使其失效。在有些情况下处理过的水又重新注入地下,然后再抽出,一直持续到抽出的液体不含污染物为止。这种处理方式对抽取出来的水中污染物进行高效去除,但不能保证全部地下水尤其是岩层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,水力法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;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。徐绍辉等用水力控制技 术在淄博堠皋金岭一带进行了治理试验,结果表明:不仅可以部分的去除地下水中的石油类污染物,而且可以通过改变地下水流模式,来防止污染物向下游的进一步运移。

 

  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:物理法。包括:吸附法、重力分离法、过滤法、反渗透法、气提法、空气吹脱法和焚烧法等。

 

  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。

 

  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。受污染的地下水抽出后的处理方法与地表水的处理相同,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。处理后的地下水的去向有两个:一是直接使用;另一个则是用于回灌,因此环境学者和水文地质学者转向原位处理方法的研究。

 

  1.4化学修复法

 

  化学修复是通过氧化、还原、吸附、沉淀、有机金属络合等化学反应使重金属或有机物在原地转化为无毒或毒性小的形式,或形成沉淀而去除。显然,反应药剂的研究与开发是关键,它们应具有很高的活性,本身无毒,不造成地下水的二次污染,且成本低廉。具体有:

 

  1.4.1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。

 

  1.4.2渗滤墙技术

 

  渗滤墙技术主要适用于较薄、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:灰岩。用以中和酸性地下水或去除重金属;活性炭。用以去除非极性污染物和CCl4、苯等;沸石和合成离子交换树脂。用以去除溶解态重金属等。

 

  1.4.3土壤改性法

 

  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。

 

  1.4.4空气吹脱技术

 

  对于有机烃类污染,可用空气吹脱,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。

 

  1.4.5电动力学修复

 

  电动力学修复技术是利用电渗析或电迁移和电泳, 使土壤孔隙中的水和电荷离子或粒子发生迁移运动,该法可以高效除去地下水中的重金属离子。在运用时需要注意的是堵塞问题,尤其当地下水中重金属反应生成沉淀,从而堵塞含水层,影响处理过程的进行。

 

  1.5生物修复法

 

  生物修复就是利用原生微生物在污染场地不同区域的好氧、兼氧、厌氧微生物反应降解污染物质的环境修复方法。一般单纯利用原生微生物降解污染物,降解效率低,所需时间长,因此,强化原生微生物降解污染物的效率就十分关键。研究表明,微生物的降解效果与温度、营养物质、污染物的生物可利用率等因素有关。因此,研究的热点集中在通过传送营养物质、电子受体、表面活性剂、共代谢基质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剂加速生物降解速度和效率等方面。 对于难降解的污染物,原生微生物的降解效率并不高,有必要驯化培养一些具有特定性能高速分解难降解化合物,并能与原生微生物共存的特异微生物,将这些高效微生物添加到污染的地下水环境中来降解那些难降解的有机物。具体有:

 

  1.5.1生物注射法

 

  生物注射法亦称空气注射法(AirSparging)。它是在传统气提技术的基础上加以改进形成的新技术,主要是将加压后的空气注射到污染地下水的下部,气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。这种方法主要是抽提、通气并用,并通过增加及延长停留时间促进生物降解,提高修复效率。以前的生物修复利用封闭式地下水循环系统往往造成氧气量的供应不足,而生物注射井提供了大量的空气以补充溶解氧,从而促进生物降解。Michael等人利用这一方法对污染地 下水进行了修复,结果表明,生物注射大量空气,有利 于将溶解于地下水中的污染物吸附于气相中,从而加速其挥发和降解。欧洲各国从20世纪80年代中期开始广泛使用这一技术,并取得了成功。

 

  当然这项技术的使用会受到场所的限制,它只适用于土壤气提技术可行的场所,同时生物注射法的效果亦受到岩相学和土层学的影响,空气在进入非饱和带之前应尽可能远离粗孔层,避免影响污染区域。另外,它在处理粘土层方面效果不理想。1.5.2有机粘土法 利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物。带正电荷的有机修饰物、阳离子表面活性剂通过化学键键合到带负电荷的粘土表面上合成有机粘土,粘土上的表面活性剂可以将有毒化合物吸附到粘土上从而去除 62 资源环境与工程

 

  或进行生物降解。密西根州立大学的Boyd博士专门从事了这一方面的研究,他认为有机粘土可以扩大土壤和含水层的吸附容量,从而加强原位生物降解。

 

  1.5.3抽提地下水系统和回注系统相结合法

 

  这个系统主要是将抽提地下水系统和回注系统(注入空气或H2O2、营养物和已驯化的微生物)结合起来,促进有机污染物的生物降解。Smallbeck、DonaldR等人在加利福尼亚州的研究表明,采用此 系统修复污染的环境,生物降解明显得到促进。这个 系统既节约处理费用,又缩短了处理时间,无疑是一种行之有效的方法。

 

  1.5.4生物反应器法

 

  生物反应器的处理方法是1.5.3方法的改进,就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程  。这种处理方法包括4个步骤,自然形成一闭 路循环。这4个步骤是:将污染地下水抽提至地面;在地面生物反应器内对其进行好氧降解,生物反应器在运转过程中要补充营养物和氧气;处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内;在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物,并注入氧气,使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。生物反应器法不但可以作为一种实际的处理技术,也可用于研究生物降解速率及修复模型。近年来,生物反应器的种类得到了较大的发展,连泵式生物反应器、连续循环升流床反应器、泥浆生物反应器等在修复污染的地下水方面已初见成效 。

 

  1.5.5厌氧处理

 

  大多数生物修复方法都是在好氧环境中进行的,事实上在厌氧环境中进行的生物修复也具有极大的潜力。厌氧降解碳氢化合物时,微生物利用的电子受体 包括:硫酸盐、硝酸盐、Fe3+、Mg2+ 、CO2等。如:在美国加州已有利用此法在污染现场含水层缺乏溶解氧的情况下成功地处理苯、甲苯、乙苯、二甲苯等的例子 。

 

  1.5.6植物修复技术

 

  利用植物对受污染的地下水进行修复,修复的对象可以是有机物,也可以是无机物,主要的修复过程在植物的根部周围进行。植物修复的优点是投资少,其根部可以渗透到一般技术难以达到的位置,污染物泄漏少并能使土壤得到改良;缺点是处于根部深层的污染物无法得到去除,而且污染物的毒性可能影响到植物的生长,修复过程比较缓慢。

 

  2地下水污染防治对策

 

  2.1切实贯彻有关法规政策,提高全民用水素质坚决贯彻执行

 

  中华人民共和国水法和中华人民共和国水污染防治法,完善地方法规,实行谁污染谁治理,谁开发谁保护的原则,有步骤、有重点地解决水环境污染问题。要更加广泛地向全社会宣传水资源紧缺、地下水超采和污染的形势,提高全民对科学保护、合理开发利用和节约用水重要意义的认识和水的忧患意识,还应把保护环境,保护地下水资源方面的知识和法规纳入中、小学教材之中,教育青少年从小懂得珍惜、爱护水资源和水环境,养成节约用水的美德。

 

  2.2统筹规划,合理开发地下水资源

 

  增强全民环保意识,强化节约用水,推广节水新技术,加强对用户尤其是大户的用水量控制,扶持企业搞环保,推广洁净新能源外,应把能源基地作为一个生态系统予以全面规划。

 

  2.3建立水质监测网,加强水质监测,发现问题及时解决建立水质监测网,逐步建立和完善水环境监测体系,对重点污染地区(段)进行重点监测,系统掌握城市(区域)地表水、地下水水质的污染发展变化及动态特征,为保护水环境提供科学依据。

 

  3结语

 

  地下水污染是一个全球性的问题,污染防治需要全世界每个人的关心和参与。虽然一些地下蓄水层的破坏已无法挽回,但大部分地区的蓄水层目前相对纯洁。为了挽救地下水质,从根本上来说要对全球经济 进行根本的结构调整,鼓励利用再生资源、城市小型化、人类活动环保化,减轻地球的负担,如果人人都行动起来,最终人类则不会因干渴而焦虑了。