[科普中國(guó)]-地下水修復(fù)

概述

地下水是人類寶貴的淡水資源，但隨著社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，廢水排放、工業(yè)廢渣、農(nóng)業(yè)灌溉、填埋場(chǎng)泄漏、石化原料的運(yùn)輸管線和儲(chǔ)罐的破損等都有可能造成地下水污染，使原本緊張的水資源短缺問(wèn)題更加嚴(yán)重，而且給人居健康、食品安全、飲用水安全、區(qū)域生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展甚至社會(huì)穩(wěn)定構(gòu)成嚴(yán)重威脅與挑戰(zhàn)，地下水修復(fù)已成為當(dāng)前備受公眾和社會(huì)關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。

修復(fù)方法分類污染地下水的修復(fù)技術(shù)包括抽提技術(shù)、氣提技術(shù)、空氣吹脫技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、滲透反應(yīng)墻技術(shù)、原位化學(xué)修復(fù)等。

抽提技術(shù)抽提處理是采用水泵將地下水抽出來(lái)，在地面得到合理的凈化處理，并將處理后的水重新注入地下或排入地表水體。這種處理方式對(duì)抽取出來(lái)的水中污染物能夠進(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。

氣提技術(shù)利用真空泵和井，在受污染區(qū)域利用負(fù)壓誘導(dǎo)或正壓產(chǎn)生氣流，將吸附態(tài)、溶解態(tài)或自由相的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵樘岬降孛?，然后再進(jìn)行收集和處理。典型的氣提系統(tǒng)包括抽提井、真空泵、濕度分離裝置、氣體收集裝置、氣體凈化處理裝置和附屬設(shè)備等。

氣提技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)包括：① 能夠原位操作，比較簡(jiǎn)單，對(duì)周圍干擾??；② 有效去除揮發(fā)性有機(jī)物；③ 在可接受的成本范圍內(nèi)，能夠處理較多的受污染地下水；④ 系統(tǒng)容易安裝和轉(zhuǎn)移；⑤ 容易與其他技術(shù)組合使用。在美國(guó)，氣提技術(shù)幾乎已經(jīng)成為修復(fù)受加油站污染的地下水和土層的“標(biāo)準(zhǔn)”技術(shù)。氣提技術(shù)適用于滲透性均質(zhì)較好的地層。

空氣吹脫技術(shù)空氣吹脫是在一定的壓力條件下，將壓縮空氣注入受污染區(qū)域，將溶解在地下水中的揮發(fā)性化合物，吸附在土顆粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驅(qū)趕出來(lái)?？諝獯得摪ㄈ齻€(gè)過(guò)程：① 現(xiàn)場(chǎng)空氣吹脫；② 揮發(fā)性有機(jī)物的揮發(fā)；③ 有機(jī)物的好氧生物降解。相比較而言，吹脫和揮發(fā)作用進(jìn)行較快，而生物降解進(jìn)程緩慢。在實(shí)際應(yīng)用中，通常將空氣吹脫技術(shù)與氣提技術(shù)組合，得到單一技術(shù)無(wú)法達(dá)到的效果。

生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)是利用微生物降解地下水中污染物，并將其最終轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)物質(zhì)的技術(shù)，分為原位強(qiáng)化生物修復(fù)法和生物反應(yīng)器法。原位強(qiáng)化生物修復(fù)是在污染土壤不被攪動(dòng)情況下，在原位和易殘留部位之間進(jìn)行處理。這個(gè)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(yíng)養(yǎng)物和已馴化的微生物）結(jié)合起來(lái)，來(lái)強(qiáng)化有機(jī)污染物的生物降解。而生物反應(yīng)器的處理方法是強(qiáng)化生物修復(fù)方法的改進(jìn)，就是將地下水抽提到地上部分用生物反應(yīng)器加以處理的過(guò)程。近年來(lái)，生物反應(yīng)器的種類得到了較大的發(fā)展。連泵式生物反應(yīng)器、連續(xù)循環(huán)升流床反應(yīng)器、泥漿生物反應(yīng)器等在修復(fù)污染的地下水方面已初見(jiàn)成效。

滲透反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)滲透反應(yīng)墻技術(shù)是近年來(lái)迅速發(fā)展的適用于地下水污染的原位修復(fù)技術(shù)，又稱為活性滲濾墻。它是在污染物區(qū)域下游設(shè)置具有高滲透性的活性材料墻體，使得污染羽中的污染物被截留并得到處理，地下水得到凈化。美國(guó)環(huán)保局（UNEP）將PRB定義為一個(gè)填充有活性材料的被動(dòng)反應(yīng)區(qū)，當(dāng)含有污染物的地下水在天然水力坡度下通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的介質(zhì)時(shí)，溶解的有機(jī)物、金屬、核素等污染物能被降解、吸附、沉淀或去除。屏障中含有降解揮發(fā)性有機(jī)物的還原劑、固定金屬的絡(luò)（螯）合劑、微生物生長(zhǎng)繁殖所需的營(yíng)養(yǎng)物和氧氣或其他物質(zhì)。其中，活性材料選擇是PRB修復(fù)效果良好與否的關(guān)鍵?；钚圆牧贤ǔＲ缶哂幸韵绿匦裕?/p>

① 對(duì)污染物吸附降解能力強(qiáng)，活性保持時(shí)間長(zhǎng)；

② 在天然地下水條件下保持穩(wěn)定；

③ 墻體變形較小；

④ 抗腐蝕性較好；

⑤ 材料穩(wěn)定性好，生態(tài)安全性良好，不能導(dǎo)致有害副產(chǎn)品進(jìn)入地下水。

當(dāng)前，實(shí)驗(yàn)室研究的活性材料，主要有：用于物理吸附的活性炭、沸石、有機(jī)黏土；用于化學(xué)吸附的磷酸鹽、石灰石、零價(jià)鐵和生物作用的微生物材料等。目前，最常用的材料為零價(jià)鐵。

與傳統(tǒng)的地下水處理技術(shù)相比較，PRB技術(shù)是一個(gè)無(wú)需外加動(dòng)力的被動(dòng)系統(tǒng)。特別是該處理系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)在地下進(jìn)行，不占地面空間，比原來(lái)的泵抽取技術(shù)要經(jīng)濟(jì)、便捷。PRB一旦安裝完畢，除某些情況下需要更換墻體反應(yīng)材料外，幾乎不需要其他運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。實(shí)踐表明，與傳統(tǒng)的地下水抽出再處理方式相比，該基礎(chǔ)操作費(fèi)用至少節(jié)約30%以上。

原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)化學(xué)還原修復(fù)技術(shù)是利用化學(xué)還原劑將污染環(huán)境中的污染物質(zhì)還原從而去除的方法，多用于地下水的污染治理，是目前在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家新興起來(lái)的用于原位去除污染水中有害組分的方法，主要修復(fù)地下水中對(duì)還原作用敏感的污染物，如鉻酸鹽、硝酸鹽和一些氯代試劑，通常反應(yīng)區(qū)設(shè)在污染土壤的下方或污染源附近的含水土層中。根據(jù)采用的不同還原劑，化學(xué)還原修復(fù)法可以分為活潑金屬還原法和催化還原法。前者以鐵、鋁、鋅等金屬單質(zhì)為還原劑，后者以氫氣及甲酸、甲醇等為還原劑，一般都必須有催化劑存在才能使反應(yīng)進(jìn)行。常用的還原劑有SO2、H2S氣體和零價(jià)Fe膠體等。其中零價(jià)Fe膠體是很強(qiáng)的還原劑，能夠還原硝酸鹽為亞硝酸鹽、氮?dú)饣虬钡?。零價(jià)Fe膠體能夠脫掉很多氯代試劑中的氯離子，并將可遷移的含氧陰離子和含氧陽(yáng)離子轉(zhuǎn)化成難遷移態(tài)。零價(jià)Fe既可以通過(guò)井注射，又可以放置在污染物流經(jīng)的路線上，或者直接向天然含水土層中注射微米甚至納米零價(jià)Fe膠體。

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)電化學(xué)動(dòng)力修復(fù)技術(shù)是利用電動(dòng)力學(xué)原理對(duì)土壤及地下水環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的一種綠色修復(fù)新技術(shù)，可以用來(lái)清除一些有機(jī)污染物和重金屬離子，具有環(huán)境相容性、多功能適用性、高選擇性、適于自動(dòng)化控制、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。在電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，金屬和帶電荷的離子在電場(chǎng)的作用下發(fā)生定向遷移，然后在設(shè)定的處理區(qū)進(jìn)行集中處理；同時(shí)在電極表面發(fā)生電解反應(yīng)，陽(yáng)極電解產(chǎn)生氫氣和氫氧根離子，陰極電解產(chǎn)生氫離子和氧氣，而對(duì)于大多數(shù)非極性有機(jī)污染物，則通過(guò)電滲析的方式去除。近年來(lái)，電化學(xué)動(dòng)力修復(fù)技術(shù)越來(lái)越多地和其他技術(shù)或輔助材料相結(jié)合，如超聲技術(shù)2。