地下水污染修复技术研究进展

地下水污染修复技术研究进展摘要：地下水是维持人类生存和社会发展的重要资源。当前，由于我国经济的快速发展，工业化进程的加快，地下水污染的情况越来越严重，导致地下水污染场地的数量逐渐增多，这既会直接或间接影响人类的健康，又会对社会经济的发展形成一定阻碍。因此，地下水污染的修复治理迫在眉睫。本文主要介绍了地下水污染修复中较为典型的修复技术，并对地下水修复技术的发展方向进行了论述，以希望为地下水修复治理工作提供参考。关键词

地下水污染；修复技术；引言地下水资源约占全球淡水资源总量的三分之一，是最重要的生命和供水来源。没有地下水，人的生命活动就无法顺利进行。然而，由于中国人口众多，人均占有量低，对地下水资源的需求日益增加，特别是近年来，随着经济发展的不断加快，水资源短缺日益严重。如果地下水受到污染，将严重影响地下水的正常利用。因此，做好地下水污染的防治，是每个人的责任和义务。1.地下水污染

地下水污染是由于人为因素造成地下水质恶化的现象。地下水污染的原因主要有:工业废水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水层中，人畜粪便或因过量使用农药而受污染的水渗入地下等。污染的结果是使地下水中的有害成分如酚、铬、汞、砷、放射性物质、细菌、有机物等的含量增高。污染的地下水对人体健康和工农业生产都有危害。2.地下水修复技术地下水修复技术一般分为原位修复技术和异位修复技术。原位修复是不移动受污染的地下水，直接在发生污染的位置对其进行原地修复或处理。异位修复是将受污染的地下水从原来位置挖掘或抽提出来，搬运或转移到其他场所或位置进行治理修复。2.2抽取处理技术抽取处理技术（pumpandtreatP&T）是异位修复技术的典型代表，将地下水从地层内抽出，在地表进行处理。P&T技术原理简单，可短时间内缩小污染范围，快速降低污染物浓度，应用范围广，可以用于重金属、有机物地下水处理。P&T技术要求含水层渗透系数K＞5×10-4cm/s，修复效果受到含水层厚度、岩性、污染物、抽水量、抽水井布局等因素影响[1]。后期效果逐步降低，出现拖尾现象。停止抽水，含水层介质中的污染物又释放至地下水中，污染物浓度升高，出现反弹现象。拖尾和反弹的主要原因在于含水层接种中污染物的吸附/解析、沉淀/溶解、地下水流速改变以及含水介质复杂性。P&T技术关键在于切断污染源、合理布设抽取方案、抽出后的地表处理。1、切断污染源，源头防治，防止污染范围进一步扩大。2、设置合理的抽取方案，首先要建立水文地质概念模型，进行数值模型分析，可设计多个抽取方案，通过比选确定最佳方案。建议进行分阶段建井，根据前一阶段运行情况，优化后续布井方案及运行参数。运行过程及时进行阶段性总结分析，不断修正概念模型，进行动态调整优化。通过脉冲式抽水，减少反弹现象出现概率[2]。进行水位和水质监测，掌握地下水流向、污染物分布情况，把控抽取速率和时间。必要时结合其他修复技术加强修复效果。3、抽出后的地下水接管污水处理厂或选用合适的地表处理系统进行处理，确保达标排放。[1]赵勇胜.利地下水污染场地的控制与修复[M].科学出版社,2015,150-166[2]蒲敏.污染场地地下水抽出处理技术研究[J].环境工程,2017,35(4):6-10．年，卷（期）：起止页码.2.3地下水曝气技术地下水曝气技术（airsparging，AS，）是较为高效的修复技术。通过向地下水中注入空气或氧气，有机污染物通过相间传质作用（溶解、挥发、解吸、生物降解等）转化为挥发性污染物（VOCs）[3]，气体携带VOCs上升到包气带，通过抽气系统收集至地表处理。AS技术具有设备简单，运行费用低，对场地的扰动小，不需要对地下水洗井抽取等优点。AS技术适用于渗透性较好的均质地层。在分层或高度非均质地层内，注入气体最可能通过阻力最小的流动通道迁移，影响修复效果。通常，亨利系数大于100atm（25℃）、蒸气压大于0.5mmHg（20℃）的有机物可通过AS技术除去。进行AS修复设计，应在掌握水文地质条件、污染物分布基础下，判断AS技术可行性，确定注入井分布、影响半径、气体流量、注入压力等重点参数。AS技术可与抽取处理、土壤加热、蒸汽注入、生物修复联用强化修复效果。[3]刘晓娜,程莉蓉.地下水曝气技术（AS）的国内外研究进展[J].中国安全生产科学技术,2011,7(5):56-62．2.1原位化学氧化技术原位化学氧化技术（ISCO）通过向地层内注入化学氧化剂，与污染物发生反应，将地下水中的污染物转化为无毒低毒物质。技术成熟，修复速度快，应用范围广，适用于氯代烃和石油类污染修复。ISCO目前的问题在于氧化药剂的传输、药剂注入过量和二次污染等。地层的非均性导致了药剂传输的不确定性。氧化剂的注入可能导致对于氧化还原和pH敏感的重金属活化[37]，此外氧化反应不完全导致产生高毒副产物，造成二次污染。通过精准刻画场地污染分布及水文地质条件，设计高效的药剂传输系统，研发长效稳定、绿色高效的修复药剂，建立有毒副产物的监控制系统，突破原位化学氧化技术局现性。[37]USEnvironmentalProtectionAgency.In-situchemicaloxidation[R].WashingtonDC:OfficeofResearch&Development,2006:1-58.原位化学氧化技术氧化剂包括高锰酸盐、芬顿试剂、过硫酸盐、臭氧等。高锰酸盐在地下水环境中存在时间可达数月，传输距离长，适用于多种污染物和地质条件。芬顿试剂修复采用FeSO4与H2O2注入地层，形成·OH与污染物发生反应。H2O2传输距离有限，与污染物反应快速，因此注入井需要加密布设，并保证较高的注入速度。过硫酸盐具有降解效果好，溶解性高等优点，被广泛应用于有机污染物修复。过硫酸盐使用过程需要进行活化，可采用加热、强碱、过氧化氢、过渡金属等。臭氧属于强气他氧化剂，通过注入臭氧和空气的混合其气体，一方面臭氧与污染物发生氧化作用，另一方面注入气体可加速有机物挥发。臭氧的传质受气流通道影响，通道不确定导致影响半径较难明确。2.4原位生物修复技术原位生物修复技术（ISB）具有经济有效，绿色可持续，可充分利用土著微生物等特点，契合绿色修复、原位修复和高效修复的理念，也符合我国绿色可持续发展的需求。微生物修复通常通过添加电子受体、营养物、能量来刺激并保持微生物活性。ISB技术通常抽水地下水，加入必要的电子受体和营养物质后注入地下水上游。ISB技术适用于低渗透性地层，石油类污染物修复。微生物修复类型可分为好氧型、缺氧型、厌氧型。研究表明土著微生物降解石油烃可有效控制风险，是自然衰减的主要机制[5]ISB技术影响因素有污染物浓度及分布、污染物可生化性、土著微生物类型及分布、水文地质条件等［11］。ISB技术研究重点和热点在于提高微生物污染物耐受性，筛选驯化微生物，研制高效菌剂。以及建立生物降解预测模型，识别微生物作用。[5]HELMYQ,LAKSMONOR,KARDENAE.BioremediationofAgedPetroleumOilContaminatedSoil:FromLaboratoryScaletoFullScaleApplication[J].ProcediaChemistry,2015,14:326-333.11SunitaJ，Varjani．Microbialdegradationofpetroleumhydrocarbons．BioresourceTechnology，2017;223:277—2862.5可渗透反应墙技术可渗透反应墙技术（PRB）是一种原位地下水修复和风险管控技术。在地下设置填充介质，在天然水力梯度作用下，地下水污染羽流过反应介质，发生物理、化学和生物作用，将污染物直接截留在墙体内或降解成无毒物质［13］。［13LUDWIGＲD，SMYTHDJ，BLOWESDW，etal．Treatmentofarsenic，heavymetals，andacidityusingamixedZVI-compostPRB［J］．EnvironmentalScienceandTechnology，2009，43(6):1970-1976.PRB技术具有扰动小，适用于渗透性较好的地层，可用于石油烃、氯代烃和重金属的修复和风险管控。PRB局限在于对于高浓度污染的去除能力有限。反应可能导致产生沉淀物质造成填充介质堵塞，以及PRB附近流场改变，导致PRB失效。PRB技术的关键是填充物质的选择，应满足以下几个基本条件：1）填充物质可与污染物发生物理、化学或生物反应，效率高，不产生二次污染问题；2）填充物质粒度均匀，粒径适当，渗透系数高；3）反应材料具有稳定性和抗腐蚀性；4）便宜易得。填充物质有ZVI填料、硫酸亚铁、活性炭、磷石灰、硅酸盐、沸石、黏土、离子交换树脂、微生物、高分子聚合物等。2.6地下水循环井技术地下水循环井技术（GroundwaterCirculationWell，GCW）是一种较先进的原位修复技术，通过地下水的抽出及回注在地层形成地下水循环流场。地下水循环井系统由多筛段井管、阻隔器、抽水泵、抽水管路、注水管路、感应控制器等组成。地下水通过多筛段井的一个过滤段抽出，再通过另一个过滤段注入含水层，在含水层中创建了垂直的地下水循环单元。地下水循环井技术适用于处理挥发性有机化合物（VOCs）、半挥发性有机化合物（SVOCs）、石油类、农药以及无机物等污染物[5]。该技术适宜的水文地质条件为饱和带1.5～35m，非饱和带1.5～300m，水平渗透系数大于0.3m/d，各向异性为3～10[12]。地下水循环井技术具有影响半径大、修复效率高等优点。该技术可与空气注入、气相抽提、化学氧化、生物修复等多种技术联用，强化修复效果，保障修复效率，可克服单一修复技术局限性。地下水循环井技术缺点是对水文地质条件要求高，各向异性强的地层或含水层厚度过小时，抽注不平衡，运行效果较差。地下水循环井技术关键在于摸清循环井修复机理，提高污染物去除效率，解决抽注不平衡问题，研制稳定长效的阻隔器，研发一体化成套设备，实现多种技术强化修复。2.7组合修复技术修复技术的选用一般需要综合考虑水文地质条件、污染物特征、修复技术适用性和安全性等。3结论与展望（1）单一修复技术具有局现性，可通过多种修复技术联用，强化修复效果。（2）实现高效的水土协同治理。（3）研发绿色高效的药剂、菌剂和材料。研发一体化智能设备。（4）精准定位污染源，精准刻画水文地质条件，摸清污染物迁移转化规律，构建定量预测模型。加强过程监测。（5）构建多尺度、全过程的绿色可持续修复体系。结语总之，地下水污染已成为人类急需解决的难题，研究和开发地下水修复技术是十分必要的。最初，地下水污染大多使用异位修复，其技术成熟，但性能不及原位修复；如今，随着原位修复技术的发展，地下水污染修复开始向原位、绿色、高效的方向转变。因此，地下水原位修复技术具有很好的发展前景，必将成为治理地下水污染的主要途径。参考文献[1]吴东雷.土壤与地下水污染修复主要技术研究进展[J].皮革制作与环保科技,2022,3(24):127-129.[2]孙旭,陈开银,熊英举,李永,