[科普中国]-地下水修复

概述

地下水是人类宝贵的淡水资源，但随着社会工业化进程的不断发展，废水排放、工业废渣、农业灌溉、填埋场泄漏、石化原料的运输管线和储罐的破损等都有可能造成地下水污染，使原本紧张的水资源短缺问题更加严重，而且给人居健康、食品安全、饮用水安全、区域生态环境、经济社会可持续发展甚至社会稳定构成严重威胁与挑战，地下水修复已成为当前备受公众和社会关注的环境问题。

修复方法分类污染地下水的修复技术包括抽提技术、气提技术、空气吹脱技术、生物修复技术、渗透反应墙技术、原位化学修复等。

抽提技术抽提处理是采用水泵将地下水抽出来，在地面得到合理的净化处理，并将处理后的水重新注入地下或排入地表水体。这种处理方式对抽取出来的水中污染物能够进行高效去除，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。

气提技术利用真空泵和井，在受污染区域利用负压诱导或正压产生气流，将吸附态、溶解态或自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后再进行收集和处理。典型的气提系统包括抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集装置、气体净化处理装置和附属设备等。

气提技术的主要优点包括：① 能够原位操作，比较简单，对周围干扰小；② 有效去除挥发性有机物；③ 在可接受的成本范围内，能够处理较多的受污染地下水；④ 系统容易安装和转移；⑤ 容易与其他技术组合使用。在美国，气提技术几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和土层的“标准”技术。气提技术适用于渗透性均质较好的地层。

空气吹脱技术空气吹脱是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物，吸附在土颗粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。空气吹脱包括三个过程：① 现场空气吹脱；② 挥发性有机物的挥发；③ 有机物的好氧生物降解。相比较而言，吹脱和挥发作用进行较快，而生物降解进程缓慢。在实际应用中，通常将空气吹脱技术与气提技术组合，得到单一技术无法达到的效果。

生物修复技术生物修复是利用微生物降解地下水中污染物，并将其最终转化为无机物质的技术，分为原位强化生物修复法和生物反应器法。原位强化生物修复是在污染土壤不被搅动情况下，在原位和易残留部位之间进行处理。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，来强化有机污染物的生物降解。而生物反应器的处理方法是强化生物修复方法的改进，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。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。

渗透反应墙（PRB）技术渗透反应墙技术是近年来迅速发展的适用于地下水污染的原位修复技术，又称为活性渗滤墙。它是在污染物区域下游设置具有高渗透性的活性材料墙体，使得污染羽中的污染物被截留并得到处理，地下水得到净化。美国环保局（UNEP）将PRB定义为一个填充有活性材料的被动反应区，当含有污染物的地下水在天然水力坡度下通过预先设计好的介质时，溶解的有机物、金属、核素等污染物能被降解、吸附、沉淀或去除。屏障中含有降解挥发性有机物的还原剂、固定金属的络（螯）合剂、微生物生长繁殖所需的营养物和氧气或其他物质。其中，活性材料选择是PRB修复效果良好与否的关键。活性材料通常要求具有以下特性：

① 对污染物吸附降解能力强，活性保持时间长；

② 在天然地下水条件下保持稳定；

③ 墙体变形较小；

④ 抗腐蚀性较好；

⑤ 材料稳定性好，生态安全性良好，不能导致有害副产品进入地下水。

当前，实验室研究的活性材料，主要有：用于物理吸附的活性炭、沸石、有机黏土；用于化学吸附的磷酸盐、石灰石、零价铁和生物作用的微生物材料等。目前，最常用的材料为零价铁。

与传统的地下水处理技术相比较，PRB技术是一个无需外加动力的被动系统。特别是该处理系统的运转在地下进行，不占地面空间，比原来的泵抽取技术要经济、便捷。PRB一旦安装完毕，除某些情况下需要更换墙体反应材料外，几乎不需要其他运行和维护费用。实践表明，与传统的地下水抽出再处理方式相比，该基础操作费用至少节约30%以上。

原位化学修复技术化学还原修复技术是利用化学还原剂将污染环境中的污染物质还原从而去除的方法，多用于地下水的污染治理，是目前在欧美等发达国家新兴起来的用于原位去除污染水中有害组分的方法，主要修复地下水中对还原作用敏感的污染物，如铬酸盐、硝酸盐和一些氯代试剂，通常反应区设在污染土壤的下方或污染源附近的含水土层中。根据采用的不同还原剂，化学还原修复法可以分为活泼金属还原法和催化还原法。前者以铁、铝、锌等金属单质为还原剂，后者以氢气及甲酸、甲醇等为还原剂，一般都必须有催化剂存在才能使反应进行。常用的还原剂有SO2、H2S气体和零价Fe胶体等。其中零价Fe胶体是很强的还原剂，能够还原硝酸盐为亚硝酸盐、氮气或氨氮。零价Fe胶体能够脱掉很多氯代试剂中的氯离子，并将可迁移的含氧阴离子和含氧阳离子转化成难迁移态。零价Fe既可以通过井注射，又可以放置在污染物流经的路线上，或者直接向天然含水土层中注射微米甚至纳米零价Fe胶体。

电动力学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。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。近年来，电化学动力修复技术越来越多地和其他技术或辅助材料相结合，如超声技术2。