淺談地下水污染及修復

孫磊

摘 要：隨著社會和經濟的發展，對地下水的依賴越來越強，但可利用的地下水資源卻日益匱乏，人類活動造成的地下水污染問題越來越受到重視。敘述了我國地下水污染源成因分析及地下水污染特征，探討了地下水污染修復技術及其優缺點，分析了地下水污染場地治理方面存在問題和解決辦法，希望對我國地下水污染修復治理工作提供基礎資料。

關鍵詞：地下水污染 修復技術 污染場地 治理方法

中圖分類號：X523 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0125-03

Groundwater Pollution and Remediation

Sun Lei

（Liaoning Institute of Mineral Exploration，Shengyang Liaoning， 110032，China）

Abstract：With social and economic development， the growing reliance on groundwater really exists， but the available groundwater resource is increasingly scarce. Groundwater pollution caused by human activities has been highly concerned. The authors describe the causes and characteristics of groundwater pollution. Several groundwater pollution remediation technologies and their strengths and weaknesses are discussed. And the subsistent problems and relevant solutions about groundwater contaminated sites remediation and management are analyzed. We hope to provide basic information on the groundwater pollution control work.

Key words：Groundwater pollution；remediation technology；contaminated sites；treatment method

地下水作為我國寶貴的水資源，其不僅為人類提供可觀的飲用水源，而且支持著農業種植和工業生產活動。近年來，由于人類活動的影響，特別是城市生活污水及垃圾堆放、工業“三廢”等的排放，農業大量使用化肥、農藥等，導致地下水污染問題日益突出，嚴重影響人類供水水源水質[1-2]。據報道[3]，我國水資源較豐富的東部主要平原可以直接飲用（ⅠⅢ類）或經適當處理可以飲用（Ⅳ類）的地下水資源占47.9%，不能直接飲用的地下水資源（Ⅴ類）占52.1%。隨著地下水污染范圍的不斷擴大，污染程度的不斷加深，人類賴以生存的水資源日益匱乏，開展地下水污染修復工作則顯得尤為重要。

1 地下水污染現狀

1.1 地下水污染源分析

地下水因所處位置不同其污染形式和原因有所區分，主要分為城市地下水污染和農村地下水污。

城市地下水污染主要來源為工業污染源和生活污染源。工業污染源主要指未經處理的工業“三廢”即廢水、廢氣和廢渣。未經處理的工業廢水如化工、農藥生產及石油化工企業的污水，若直接流入或滲入地下水，將造成地下水的嚴重污染。廢氣污染則主要指重工業城市、能源化工城市，比如煤炭燃燒產生大量的廢氣和煙塵對大氣產生嚴重的一次污染，而這些污染物隨降雨到地表，不僅導致降水的酸化，若隨地表徑流下滲則又對地下水造成二次污染。此外，煙煤開采加工過程中對地下水存在潛在的有機污染[4]。工業廢渣主要包括高爐廢渣、火電廠灰渣及污水處理廠的淤泥等。這些廢渣中常含有多種有害物質，有的甚至有劇毒；若堆放不合理或時間過長，必然對附近地下水造成一定的污染。生活污染源包括城市居民生活垃圾和生活污水。生活垃圾未經有效分類，經常會混有有毒物質或危險廢物運至垃圾填埋場進行處理。垃圾填埋場選址不當、填埋技術落后、無害化處理率低等，經常會造成不必要的垃圾填埋場滲漏等問題，對地下水造成了不同程度的污染[5-6]。未經處理的生活污水又排至河流，或市政污水管道泄露等，經過下滲都會對土壤環境和地下水環境造成一定的污染。

農村地下水污染主要來源分為居民生活垃圾堆放和污水排放、不斷擴展的規?；B殖所產生的畜禽糞便、農用化肥和農藥的大量使用和污水灌溉、鄉鎮企業三廢排放等[7]。由于公共基礎設施建設滯后，農村垃圾、污水等到處隨意丟棄和傾倒，村中的垃圾堆放池也無任何防滲措施，農村旱廁使用等問題普遍存在，嚴重影響地表水、土壤和地下水環境。農村規?；B殖中產生的禽畜糞便通常不經處理便直接排放，使其中過量的有機物滲入地下造成水環境中硝態氮、硬度和細菌總數超標等問題。農藥和化肥的大量使用，會殘留在土壤或水域環境，一方面隨著食物鏈逐步在人體內產生危害；另一方面隨雨水淋洗下滲地下水中引起污染。長期使用有毒有害物質的污水進行大面積農田灌溉也可能引起對農作物、土壤及地下水的污染。此外，一些鄉鎮企業尚未采取清潔生產技術和工藝，其產生大量的工業廢水和固體廢物，未經處理直接排放或未達標排放，導致地下水污染。

1.2 地下水污染特征

由于地下水含水介質的差異性和復雜性，造成地下水污染有以下特征[2-8]。（1）隱蔽性和延時性：相較地表水，地下水污染常不會引起人們的關注，其污染很難被發現，不像地表水污染直觀明顯而易于監測。因此地下水一旦被污染，早期不宜被察覺，待被發覺時已被污染或嚴重污染。（2）廣泛性和不確定性：在地質環境復雜的體系中，地下水經歷著補給、徑流、排泄各個途徑，是處于不斷運移和循環中，因此地下水污染范圍較廣泛且很難準確圈定。（3）難以控制和治理：地下水在含水系統中的循環周期也相當長，從而決定了污染地下水體在地下滯留時間亦長，使污染的地下水在近期內很難得以徹底修復還原。相較地表水，地下水污染由于其自身復雜性和隱蔽性，其修復治理工作面臨很大困難；地下水污染一旦發生，其治理周期很長、費用極高、難度極大。

2 地下水污染修復

2.1 監測自然衰減技術

自然衰減基于污染場地自身理化條件和污染物自然衰減能力進行污染修復，以達到降低污染物濃度、毒性及遷移性等目的，其過程包括土壤顆粒的吸附、污染質的微生物降解、在地下水中的稀釋和彌散等。通常會采用相應的監測控制技術，對地下水的自然修復過程進行監測評價，以達到以下目的[9]：（1）監測污染物的自然衰減與預測是否符合，包括污染物濃度減低，潛在的有毒污染產物的產生，污染暈的擴增等情況；（2）監測外界環境因素的變化對污染物自然衰減能力的影響，包括水文地質條件、地球化學條件、微生物等；（3）監測自然衰減修復過程對周邊及下游的影響，綜合驗收修復目標。

該技術存在優勢有施工簡易費用低、對原生態環境干擾小無次生污染源等；但同樣有弊端，其適用范圍窄，僅用于污染程度低的區域環境，而且需長期監測。此外，此技術主要依賴于自然界的作用去除污染物，若污染物的自然衰減速率大于其遷移速率，理論上可有效控制污染范圍，應用此技術是可行的。有時可通過向地下環境注入輔助物質等方式來提高自然衰減效率，以達到更好的修復目的。

2.2 地下水污染的異位處理

異位處理泛指將受污染的土壤或地下水進行開挖或抽取后在地面上進行處理。

污染土壤的開挖處理較少用到，通常適用于污染范圍較小、污染較集中、埋深較淺的區域性污染。通常會結合污染源處地下水文地質條件和污染土壤范圍考慮是否進行污染土壤的開挖。若污染范圍較大，則不宜進行土壤開挖處理；或開挖后對周邊環境造成較嚴重的二次危害，也不宜進行開挖異位處理。

受污染的地下水的抽取處理，即采用布設抽水井的方式先抽取已污染的地下水，然后在地表進行凈化處理。常用的異位處理技術有兩相抽提技術（dual phase extraction，DPE）和抽取-處理（pump-treat，P&T）修復技術[10]。根據污染質的形式，前者主要針對地下水污染場地中存在自由相非水相液體（non-aqueous phase liquid，NAPL）的情況；后者主要針對地下水污染場地中的溶解相污染物（有機或無機污染物）。此技術（1）直接針對污染源抽取處理；（2）在抽取過程中形成地下水位降落漏斗，使周圍地下水不斷流向水井，減少污染擴散；（3）污染程度隨抽取逐漸減弱的過程中，易溶污染質也不斷向水中轉化，促使污染濃度的減小。為增強污染質的溶解性能，會向地下環境中注入表面活性劑來提高抽取—處理效率。總之，抽取處理技術能有效控制污染源的去除和污染范圍的擴散，最終達到污染質的減少和污染程度的減弱。此技術對于污染范圍大、污染埋藏深的污染場地也適用。但其自身也存在一些局限性：（1）由于毛細張力而滯留的非水相液體污染物，通過泵抽無法完全清除；（2）隨著污染質從含水層固相介質向水中轉化的速率越來越小，會出現“拖尾”效應；（3）停止抽水處理，則會發生“反彈”效應；（4）工程實施需要持續的能量供給，以確保地下水的抽出和水處理系統的運行，同時還需定期的維護與監測；（5）工程費用昂貴，對環境干擾大。

地面凈化處理部分，可針對目標污染物物理化學性質而采取物理、化學、生物或聯合方法進行處理，然后排放地表徑流或回灌到地下等。

2.3 地下水污染的原位修復

（1）針對地下水中揮發和半揮發性有機污染物的去除，主要處理技術有土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）、空氣擾動（air sparging，AS）和井中汽提方法等[9-10]。其共同特點是利用揮發、汽化等手段將污染質轉移至氣相，隨氣體排出。

土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）主要用來處理地下包氣帶中揮發性有機污染物的污染問題。通常采用在包氣帶中布設注氣井和抽氣井，使包氣帶中的污染質進入氣相，使用真空泵在地表抽取包氣帶中的空氣，抽出的氣體要經過除水汽和碳吸附后排入大氣。此技術的關鍵是隨著包氣帶巖性的變化控制抽氣井的有效半徑。此技術在低滲透及非均質環境中污染物去除效果不理想。

空氣擾動（air sparging，AS）技術通常用來治理地下飽和帶（飽水帶及毛細飽和帶）的有機污染，一般與SVE技術聯合使用。通過向地下飽和帶注入空氣，在污染暈下方形成氣流屏障，防止污染暈進一步向下擴散和遷移；在氣壓梯度作用下，在包氣帶收集汽化后的污染物。其控制因素主要包括揮發、解吸和生物降解等。此技術可向地下環境供氧，促進地下污染物的生物降解，當生物降解作為主導因素時，可稱其為生物修復（biosparging，BS）技術。此技術增強井周圍地下水不斷循環，攜帶空氣加強水中氧氣濃度，利于微生物活動，可達到揮發去除和微生物去除的雙重作用。

井中汽提方法原理是地下水中揮發性有機物在去除井中汽化，將氣體收集至地表處理或在包氣帶利用微生物降解；部分處理的地下水可注入包氣帶，逐漸進入水井被抽取處理，進而使地下水進行循環直至達到修復目的。

（2）針對污染范圍較大、污染程度較嚴重的地下水重金屬或有機污染，通常采用滲透反應屏障（permeable reactive barrier，PRB）技術[11-13]、原位反應帶技術[14-15]和原位微生物修復技術等。其共同點是在污染場地下游安置連續或非連續的滲透性反應區，含有污染物質的地下水流經反應區經處理達到去除目的。

滲透反應屏障技術（PRB），通常在在污染源的下游開挖溝槽，填充反應介質，設置反應墻。一方面，地下水中污染質與反應墻中添加劑進行反應從而被去除；另一方面，PRB反應墻可充當物理屏障阻止污染暈進一步擴散。依據反應墻中填充介質不同，其去除原理不同，反應墻類型可分為物理、化學和微生物反應墻。反應區污染物控制機理有吸附、沉淀和生物降解等。此技術優勢在于：工程設施較簡單，安裝操作可一次完成；地表無處理設施；不需要動力，后期維護成本低等。但修復過程中會出現反應介質的堵塞、介質的更換等技術問題。而且，工程設施永久性固定在地下，很難進行移動或改動，或用作它用。

原位反應帶技術，在污染場地下游地帶布設注入井，形成一個“污染物的反應帶”，在反應帶填充反應介質，污染物與注入的介質發生作用，通過阻截、固定或降解而使地下水中的污染物得以去除。原位反應帶可分為化學反應帶（氧化或還原）和生物反應帶等。此技術適用于污染范圍大，污染嚴重的地下水污染修復。但其注入介質（氧化劑、還原劑或微生物）及反應產物有時會對地下環境造成二次污染。

原位微生物修復技術，向污染場地注入馴化降解菌群或利用土著微生物降解去除污染物。通常利用微生物好氧模式，極少數會用厭氧降解方法，地下水中雖含有一定量的氧氣和營養物質，但遠遠不能滿足微生物好氧降解需求，因此需向地下注入氧氣或營養物質。相較地面上微生物處理，地下水原位微生物修復技術其環境條件比較復雜且難以控制，受制于電子受體濃度和營養物質是否充足，且因生物降解緩慢造成修復過程較長；但此技術具有操作簡單、經濟、效率高、很少造成二次污染等優點，備受青睞。此外，利用馴化降解菌群降解污染物，通常只針對一種或一類有機污染物其降解效率高；若利用土著微生物則具有明顯的優勢，當地下環境受到有機污染時，它們會通過自然突變形成新的突變種，并具有新的代謝功能，可以降解許多有機污染。若微生物的選擇和營養的配比適當，幾乎所有的有機污染質都可被微生物降解。

3 存在問題和解決辦法

我國地下水污染面臨污染范圍逐漸擴大，污染程度逐漸加深的現狀，其在污染源控制、污染途徑預防和污染場地治理技術方面存在很多問題，亟待解決。

3.1 污染源的控制方面

解決地下水污染問題，污染源的控制是關鍵問題。無論城市或農村地區，地下水污染源主要有居民生活造成污染和工農業生產造成的污染。通常，市民環境意識薄弱，環保知識缺乏，生活垃圾未經分類即運送至垃圾填埋場，造成一部分可回收資源的浪費又加重垃圾填埋處理的負擔。對此，政府應加強環保宣傳，切實投入環?；A設施的建設，讓市民不僅從思想意識層面上認識到環境保護的重要性，而且實施具體環保行動時具備基礎支撐條件。居民生活垃圾的最終歸宿是垃圾填埋場，而垃圾填埋場滲漏污染問題時有發生。對此，一方面應加大對垃圾填埋場的監管力度；另一方面應盡快解決相關技術問題，以提高填埋場垃圾處理效率，減少對土壤和地下水的污染。在工生產方面，工業“三廢”的排放和農藥化肥的大量使用依然是污染的主要因素。伴隨著我國工業化發展進程的加快，工業“三廢”的排放只增不減，給環境帶來巨大負擔。工業“三廢”達到排污標準進行正常排放，對環境來說已經是一項巨大的任務，況且目前存在許多未經處理或處理后未經達標廢水進行排放的情況。因此，嚴加監管企業“三廢”排放，從源頭減少污染；增加技術投資，從技術層面上減少污染排放，強化兼顧環境效益以技術帶動經濟效益的生產模式。此外，農藥化肥的大量使用和農田污水灌溉造成的面源污染，依然成為農村地區地下水污染的主力軍。在農村地區，鼓勵使用新技術增加產量，引導正確的耕作方式提高氮肥的利用率，倡導使用有機化肥，減弱對農藥化肥的過分依賴，以及杜絕使用工業污水進行農田灌溉等很有必要。

3.2 污染途徑的預防方面

解決地下水污染問題，不僅要做到源頭控制，切斷污染途徑無疑給環境保護增添一層保障。地下輸油管道和市政污水管道的泄露都會造成地下水線源污染。生活垃圾和工業廢渣經風吹日曬、雨水淋濾等隨地表徑流進入水循環，其中有毒有害物質如重金屬、有機氯代烴等均會進入土壤和地下水中造成一定程度的污染。工業廢氣如硫氧化物SO2、氮氧化物NO2等不僅對大氣產生煤煙型嚴重污染，若這些污染物隨降雨下落，也會引起地下水污染。因此，對于城市地區，做好雨污分流基礎設施很重要。針對某些特定路線，如地下輸油管道和市政污水管道路線，應加強監管力度，發現泄露立即應對；技術方面在管道周圍采取防滲措施。

3.3 地下水污染場地的治理方面

我國地下水污染存在以淺層地下水污染為主并逐漸向深層擴展的現狀，淺層地下水污染的預防和治理工作與污染場地的管理和修復緊密相關。但我國地下水污染場地類型多且復雜，目前處于無人監管狀態下的污染場地不在少數，且存在著部分污染場地未經污染風險評估與修復已作為居住用地或商業用地等開發利用。而且污染場地若經營不善引起的危害巨大，一些焦化廠土壤中存在致癌物質苯并芘，農藥廠土壤中持久性有機污染物滴滴涕等下滲至地下水，給地下水修復工作增加負擔，居民身體健康受到極大威脅。因此，無論宏觀或微觀上，污染場地的管理經營和治理很有必要。

首先，宏觀上政府應重視地下水污染場地管理和修復工作。（1）我國污染場地管理和修復存在資金難以得到保障的問題，因此政府應加大此方面經濟投入。（2）調查我國污染場地的基本信息并進行分類評估，完善我國污染場地的基礎數據和資料，為進行污染場地管理和修復打好基礎。（3）完善相關法律法規，在污染場地管理整治方面做好監督工作，在污染場地環境質量評價、風險評價和修復評估方面健全完善更有針對性的標準與技術應用規范。

其次，微觀上解決好污染場地環境修復技術難題。通常一個污染場地的修復治理工作，其技術的篩選都不是單一的，而是多個修復技術的聯合。我國污染場地修復工作才剛剛起步，很多方面缺乏工程實踐經驗。而且我國污染場地類型多樣，有針對性的污染場地修復技術的研發工作進行緩慢。為此，應該加大投資培養專業人才隊伍，攻克技術難關；針對我國污染場地現狀，結合國內外實踐經驗，研發污染場地修復技術，提出有針對性的修復技術方案；對典型的污染場地進行示范工程，不斷增加我國污染場地修復實踐經驗。

4 結語

我國地下水資源匱乏，可供飲用的地下水更少，且極大部分地下水遭受污染，更加劇了地下水短缺的嚴重程度。地下水污染由于其自身的隱蔽性、延時性和不確定性，使得修復治理工作較難進行。目前我國地下水污染來源廣，地下水污染場地類型多且復雜，治理工作存在很多問題亟待解決。常用的地下水污染場地修復技術，只能針對單一的指標，因此常常是幾種技術的聯合，而且地下水污染場地的修復涉及多學科交叉，需要多學科人才隊伍聯合攻關。與國外相比，我國地下水污染場地修復工作才剛剛起步，缺乏相關工程實踐經驗。因此，結合我國地下水污染狀況，借鑒國外工程實踐經驗，提出適合的修復組合方案至關重要。此外，政府宏觀調控，提供地下水污染修復治理資金，完善相關標準和法律法規，健全地下水污染場地管理和修復技術體系，對于推動我國地下水污染修復治理工作具有很大的積極意義。

參考文獻

[1] 薛禹群，張幼寬.地下水污染防治在我國水體污染控制與治理中的雙重意義[J].環境科學學報，2009（3）：474-481.

[2] 張新鈺.我國地下水污染研究進展[J].地球與環境，2011（3）：415-422.

[3] 文冬光.中國東部主要平原地下水質量與污染評價[J].地球科學：中國地質大學學報，2012（2）：220-228.

[4] 葉云娜.煙煤地下氣化對地下水潛在的有機污染[J].化學工程，2015（1）：10-14.

[5] 宋啟龍.周口北郊垃圾填埋場滲濾液的滲漏量及COD變化模擬分析[J].地質科技情報，2012（6）：157-160.

[6] 徐亞.填埋場滲漏風險評估的三級PRA模型及案例研究[J].環境科學研究， 2014（4）：447-454.

[7] 包曉斌.我國農村地下水資源的可持續利用[J].福建論壇：人文社會科學版， 2014（12）：27-29.

[8] 趙勇勝.地下水污染場地污染的控制與修復[J].吉林大學學報：地球科學版， 2007（2）：303-310.

[9] 張文靜.地下水污染修復技術綜合評價[J].水資源保護，2006（5）：1-4.

[10] 趙勇勝.地下水污染場地風險管理與修復技術篩選[J].吉林大學學報：地球科學版，2012（5）：1426-1433.

[11] 馬志飛.零價鐵PRB修復2，4-DNT污染地下水模擬研究[J].中國環境科學，2013（5）：814-820.

[12] 劉翔.零價鐵PRB技術在地下水原位修復中的研究進展[J].環境科學研究，2013（12）：1309-1315.

[13] 狄軍貞.強化垂直流可滲透反應墻處理滲濾液污染物[J].環境工程學報，2015（3）：1033-1037.

[14] 孫威.地下水中苯類有機污染的原位反應帶修復技術研究[d].長春：吉林大學，2012.

[15] 李卉.蔗糖改性納米鐵原位反應帶修復硝基苯污染地下水研究[d].長春：吉林大學，2014.