地下水污染修复技术进展与地下水修复工程设计

1、前言随着工业化进程的加快，越来越多的化学污染物通过各种途径进入土壤系统，进而污染地下水。目前世界的地下水污染严重，直接或间接地威胁到人类的健康，因此地下水修复引起了人们的关注。本文就国内外地下水污染修复技术的研究进展以及修复工程的设计作简要介绍。一、地下水污染的定义所谓“地下水污染”，是指凡是在人类活动的影响下，地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象，统称为地下水污染。二、地下水污染修复技术的进展自20世纪70年代以来，国外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。下面就几种比较常用的地下水污染修复技术作简要介绍。目前较典型的地下水污染修复技术已经

2、有十多种。修复技术根据技术原理可分为四大类，即物理法、化学法、生物法和复合修复技术。按修复方式可分为异位修复、原位修复和监测天然衰减技术。异位修复技术主要包括被动收集和抽出处理，原位修复技术主要包括渗透反应墙修复技术、原位曝气技术、气相抽提技术和生物通风技术等。（1） 异位修复技术异位修复是将受污染的地下水抽出至地表再进行处理的技术。抽出-处理技术是最早使用也是应用最广泛的一种异位修复技术。传统的抽出-处理法就是将污染的地下水抽到地表进行处理的方法，其大致可以分为以下三类：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。化学法。包括：混凝沉淀法、氧化还原法、离子交换法和中

3、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。虽然受污染地下水抽出后的处理方法与地表水的处理相同，但需要指出的是，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。（2） 监测天然衰减技术（MNA）MNA 技术出现的时间较晚,于20 世纪90 年代才开始正式用于地下水污染治理。该技术基于污染场地自身理化条件和污染物自然衰减能力进行污染修复,从而达到降低污

4、染物浓度、毒性及迁移性等目的。该技术工程设施简单,修复费用远远低于其他修复技术。但该技术适用范围较窄,对区域环境和污染物自然衰减能力要求较高,一般仅适用污染程度较低、污染物自然衰减能力较强的区域。（3） 原位修复技术原位修复技术是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下，对受污染对象不作搬运或运输，而在原地进行修复的方法。常见的原位修复技术有：1、渗透反应墙修复技术（Permeable Reactive Barrier,PRB）渗透性反应墙技术是20世纪90年代在欧美等国家率先应用的地下水原位治理方法，是一种可替代传统的抽出-处理系统和土地生物处理方法的技术。该技术最初应用于去除地下水中的有机

5、污染组分，后来随着各项研究成果的运用，也开始用来处理被污染的地下水。（1）、反应墙的结构渗透反应墙由反应单元和隔水漏斗两部分组成，其中反映单元用来放置反应介质，隔水漏斗主要用于控制污染水的流向和通过墙体的部位。最简单的渗透性反应墙就是放置在有机污染物羽状体运移路径上的反应材料带。当污染的地下水流经反映单元时，污染物质与反应单元中的反应介质发生物理、化学、生物方面的反应，达到去除污染物质的目的。（2）、反应墙的反应机理PRB是一种被动处理系统，其主要机理是把合适的反应介质填充于墙体内，然后把墙体设置在垂直于污染地下水流向的部位，当污染水流经过反应墙时，水中的污染物成分与墙体内的填充物发生物理、化

6、学或生物反应，污染物被直接或间接地去除，从而达到治理污染的目的。渗透性反应墙去除污染物的机理分为非生物的和生物的两种，主要包括吸附、沉淀、氧化-还原和生物降解等，但目前研究最多的还是氯代有机物的还原性脱氯作用，即应用氧化-还原反应使有机物降解为无毒、无害的物质。目前，零价的颗粒金属（特别是铁）是在实验室批量实验、中试实验和现场应用最广泛的应用介质，最常用的零价铁屑。零价铁发生氧化-还原反应，产生电子活性将氯代有机化合物转化为无毒的物质。（3）、PRB技术的优点这种技术的主要优点是不需要用泵抽和地面处理系统，且反应介质消耗很慢，有几年至几十年的处理潜力。除一次性投资较大和需长期监测外，几乎不需要

7、运行费用，具有时效长、运行和维护费用低等特点。2、原位曝气技术（Air Sparging，AS）原位曝气技术是一种新兴的地下水可挥发性有机物的原位修复技术。原位曝气技术是与土壤气相抽提互补的一种技术，将空气注入污染区域以下，将挥发有机物从地下水中解析到空气流并引至地面上处理的原位修复技术。该技术被认为是去除地下水挥发性有机物的最有效的方法。（1）、原位曝气技术的工作过程原位曝气系统是通过垂直或水平井，用气泵将空气注入水位以下，使污染物从地下水中挥发，并进入空气中。在浮力的作用下含有污染物的空气不断上升，到达地下水位以上的非饱和区域，通过土壤气相抽提系统进行处理从而达到去除污染物的目的。（2）、

8、原位曝气技术的原理原位曝气过程可定义为在一定压力条件下，将一定体积的压缩空气注入含水层中，通过吹脱、挥发、溶解、吸附-解吸和生物降解等作用将污染物去除。在相对可渗透的条件下，当饱水带中同时存在挥发性有机污染物和可被好养生物降解的有机污染物，或存在上述一种污染物时，可以应用原位曝气法对被污染水体进行修复治理。从机理上分析，地下水曝气过程中污染物去除机制包括三个主要方面：一是对可溶挥发性有机污染物的吹脱；二是加速存在于地下水位以下和毛细管边缘的残留态和吸附态有机污染物的挥发；三是氧气的注入使得溶解态和吸附态有机污染物发生好氧生物降解。（3）、原位曝气技术的优点与其他修复技术相比，该项技术具有低成本

9、、高效率和原位操作的显著优势。因此，虽然曝气技术的运用仅仅二十余年，就一定程度上代替了抽出-处理技术，成为地下水有机污染处理技术的首选。3、气相抽提技术（Vapor Extraction,VEC）气相抽提技术是利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后在进行收集和处理。抽提技术的主要优点包括：1能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；2非常有效地去除挥发性有机物；3在可接受的成本范围之内能够尽可能多地处理受污染土壤；4系统容易安装和转移；5容易与其他技术组合使用；4、生物通风技术（Bioventing

10、,BV）生物通风技术是在气相抽提技术的基础上发展起来的，是气相抽提技术与生物修复相结合的产物。生物通风技术和气相抽提技术很相似，它们都是通过井和泵的作用使产生的气流经过包气带，通常包括挥发和生物降解过程。但在污染物运移-转化的机理和达到的主要目的方面又有所不同。气相抽提技术的目的是通过挥发使气相污染物尽快地从地下抽提出来，而生物通风技术则是提供充足的氧气来维持最活跃的微生物活动，试图使生物降解的速率达到最大。（1）、生物通风技术的原理生物通风又称土壤曝气，是基于改变生物降解的环境条件而设计的。在受污染的土体中至少打两口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行输入土体中，然后再抽出来，土壤中的挥发

11、性毒物也随之被去除。在通入空气时，有时加入一定量的氨气，以便为土壤中的降解菌提供氮元素营养，有时也可将营养物与水经通道分批供给，从而达到污染物降解的目的。（2）、生物通风技术的特点1治理装置安装简便；2对实施地产生的干扰小，可被用于不易达到的区域（如建筑物的下方）；3所需处理的时间较短，通常为6个月到2年；4治理费用较低，每吨受污染土壤花费在45-140美元；5不需要进行尾气处理。5、原位电动修复技术电化学动力修复技术是利用电动力学原理对土壤及地下水环境进行修复的一种绿色修复新技术，可以用来清除一些有机污染物和重金属离子，具有环境相容性、多功能适用性、高选择性、适于自动化控制、运行费用低等特点

12、。在电动修复过程中，金属和带电荷的离子在电场的作用下发生定向迁移，然后在设定的处理区进行集中处理；同时在电极表面发生电解反应，阳极电解产生氢气和氢氧根离子，阴极电解产生氢离子和氧气。而对于大多数非极性有机污染物，则通过电渗析的方式去除。6、微生物处理技术 微生物处理技术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。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。7、原位稳定-固化方法愿为稳定-固化方法是在已污染的包气带或含水层中注入可使污染物不继续迁移的介质,使有机或

13、无机污染物达到稳定状态。污染物可以被介质凝固、粘合(固化 ,或者由于化学反应使其活动性降低。8、植物处理方法(Phytoremediation植物处理方法是使用植物来净化污染了的土壤和地下水。其优点是利用植物天然能力去吸收、聚积和降解土壤和水环境中的污染物。 该方法适用于大面积低到中等表面土层(00. 9 m 污染的治理,以及大量的水体低浓度污染问题,而且处理目标要求也不十分严格的情形。但深层污染无法去除且作用缓慢。除了上述地下水污染修复技术之外，还有原位化学氧化技术、有机粘土法、生物填料技术和复合技术等。3、地下水污染修复工程设计地下水污染修复工程一般应包括三个步骤：首先，先进行地下水污染场

14、地调查；然后，进行地下水污染评价；最后，选定合适的地下水污染修复技术，进行修复处理。（1）、地下水污染场地调查1、地下水污染场地水文地质调查污染场地水文地质调查是地下水污染研究的基础和出发点，其主要目的是：探测与识别地下污染物，测定污染物的浓度，查明污染物在地下水系统中的运移特性，确定地下水的流向和速率，查明主径流方向及影响污染物运移的因素，定量描述控制地下水流动和污染物运移的水文地质参数。污染场地水文地质调查的主要步骤：1初步场地勘查和初始评估 主要工作内容包括已有资料的收集整理、现场踏勘和确定初步的水文地质概念模型。2初步野外调查 主要工作内容包括布置初始监测孔、大体厘定含水层以及开展其他

15、野外工作。3详细现场调查和实验 主要工作内容包括扩充检测孔网及沉积物采样；获取水文地质参数，评估污染物运移途径。4编写报告 主要工作内容包括绘制平面及剖面流网、列出重要参数值、总结（报告）及对以后的监测工作进行安排。 2、地下水污染调查地下水污染调查的调查内容主要包括确定污染源和污染途径，确定调查范围并设计地下水污染监测网，对地下水进行采样并保存，进行现场分析与监测，最后记录并整理有关的化学数据。（2）、地下水污染评价根据调查得到的结果，选定合适的评价模型、评价方法以及评价标准，进行地下水污染评价，并根据实际所需编写评价报告表或报告书。（3）、地下水污染修复根据地下水污染的现状，选择合适的修复技术。参考文献1、郑西来，地下水污染控制M，华中科技大学出版社2、田华祥，地下水污染与防治技术综述J，水体污染及其防治，2011年12月3、程生平，地下水污染场地的控制与修复J，水体污染及其防治，2011