地下水復合法修復技術應用與研究進展

李艷榮，甘志永，劉 浩

（徐州環境監測中心站，江蘇 徐州 221002）

地下水復合法修復技術應用與研究進展

李艷榮，甘志永，劉 浩

（徐州環境監測中心站，江蘇 徐州 221002）

目前，地下水污染日趨嚴重，地下水環境污染的治理已成為全球性的問題。對污染的地下水進行修復是一項水文地質學和環境科學的新課題，涉及較多基礎理論和邊緣學科。本文結合當前國內外地下水污染修復的研究現狀，分別論述了滲透性反應墻修復技術、抽出處理修復技術、土壤氣相抽提技術三種典型的復合法修復技術，以期為我國開展地下水污染修復提供一定的理論依據和技術支持，最后展望了地下水污染修復技術的發展方向。

地下水污染；滲透性反應墻；抽出處理；土壤氣相抽提

1 地下水修復概述

地下水是我國重要的飲用水源，但近年來，工農業經濟的迅速發展，帶來了農藥化肥的超量使用、工農業廢棄物不合理的填埋、工業廢水及城市污水的排放和下滲以及有害有毒廢物的泄漏事故等問題，使得各種有機物、重金屬及放射性有害物質進入地下水系統，使得地下水污染逐漸加劇且污染物由單一的污染發展至混合污染，導致地下水污染情況越來越復雜。針對這種現狀，地下水污染治理技術的研究逐漸引起相關研究人員的重視[1-2]。對于這些污染組分復雜的污染場地，僅僅依靠傳統地下水污染修復技術或單一的修復技術達不到治理地下水的良好效果，協同使用兩種或多種修復方法，形成聯合修復技術，可達到同時控制和治理多種污染物的目的。因此，研究復合法修復地下水已成為當前國內環保研究的熱點。

2 復合法修復技術

復合法修復技術是兼有兩種或兩種以上技術屬性的污染處理技術，其關鍵技術同時使用了物理法、化學法和生物法中的兩種或兩種以上。例如，滲透性反應墻（Permeable Reactive Barrier，PRB）修復技術，同時涉及物理吸附、氧化還原反應、生物降解等技術，如化學-微生物的PRB技術，復合介質的PRB技術等。抽出處理（Pump-and-Treat，Pamp;T）修復技術在處理抽出水時同時使用了物理法、化學法和生物法，是當前應用最廣泛、成熟程度最高的技術。該技術常與原位生物修復技術、原位化學修復技術、空氣噴射技術、原位熱處理技術聯用。土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）技術，常與生物通氣、空氣噴射、雙相抽提、熱強化、生物修復等原位修復技術相結合。例如，注氣-土壤氣相抽提技術則同時使用了氣體分壓和微生物降解兩種技術。

2.1 滲透性反應墻修復技術

滲透性反應墻修復技術，其原理是在垂直于含有污染物質的地下水流經方向設置由活性反應介質組成的可滲透反應墻，在污染物隨著水體流動經過反應墻時可與活性反應介質發生吸附、沉淀、生物降解和氧化還原等作用，可處理包括重金屬、放射性元素、無機陰離子、氯代烴、苯系物、芳香烴等污染物。該技術對反應材料提出了特殊要求，反應材料應具有持久性強、抗腐蝕性好、粒徑均勻且無二次污染等特點。反應材料的填充介質有：活性炭，用于去除非極性污染物和四氯化碳、苯等易揮發的有機物；零價鐵，可降解有機物、重金屬、無機陰離子等污染物；沸石和合成離子交換樹脂，用于去除溶解態重金屬；灰巖，用于中和酸性地下水及去除重金屬；目前具有廣泛應用前景的新型材料如碳納米管，它對水環境中的重金屬、有機物污染物具有良好的吸附性能[3-4]。

目前對PRB系統的研究與應用越來越深入[5-6]。針對放射性元素污染，如Elena Torres等人利用PRB技術研究了被137Cs污染的地下水修復，其滲透性反應墻采用黏土和碎木屑，并定期抽樣監測五年，從而評估該技術處理137Cs的效率[7]。針對重金屬污染，Shuning zha等人用活性炭作為填充介質構建銅的吸附反應格柵，聯合電動修復技術，在控制陽極pH值條件下，活性炭對銅的去除率可達96.60%[8]。杜旺兵構建了化學-微生物雙介質滲透反應墻技術對鉻污染地下水進行了室內試驗研究，使用鐵粉、納米復合材料、鐵屑作為填充介質，發現它們對Cr（VI）污染的地下水具有較好的修復效果[9]。針對有機物污染，K.A.Mumford等人利用滲透性反應墻攔截、捕獲和降解燃料泄漏中的總石油氫類化合物，結果顯示，它可以降低總石油氫類化合物的濃度，同時可降解異養生物的數量及微生物種群[10]。劉虹等人采用PRB技術協同微生物作用對石油烴污染地下水進行室內模擬修復，發現PRB對石油烴污染地下水具有較好的處理效果[11]。田雷應用復合介質PRB技術，將零價鐵PRB與微生物PRB進行有機整合，用于修復地下水中以氯代烴和苯系物為代表的混合污染，結果表明，復合介質PRB技術去除三氯乙烯和苯系物效果比較明顯[12]。針對其他污染物，狄軍貞等人采用PRB生物修復技術處理含有COD、SO42-、NH4

+-N、Fe2+、Mn2+的受污染地下水，結果顯示，該技術對受污染的地下水有較好的處理效果[13]。

2.2 抽出處理修復技術

抽出處理修復技術（Pump-and-Treat，簡稱Pamp;T）[14]，是將受污染的地下水抽出至地表再進行處理的技術，在處理抽出水時同時使用了物理法（包括吸附法、過濾法、反滲透法、氣吹法等）、化學法（包括混凝沉淀法、氧化還原法、離子交換法和中和法等）和生物法（包括活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法和土壤處置法等）。例如，馮雪等人將硝酸鹽污染的地下水抽出到地表后，用提純改性后的凹凸棒石納米鐵復合材料凈水裝置對其進行處理[15]。處理后的水質達到了《地下水環境質量標準》（GB/T14848-93）Ⅲ類標準。張晶等人通過優化傳統的泵出處理技術，使用多相抽提和原位化學氧化聯合修復技術對某電子機械廠原址約1 500 m2區域的受污染地下水進行修復[16]。結果表明，多種修復技術的聯合應用能夠加快修復進度、提高修復效率、節約修復成本。文一等人發明了一種聯合修復系統，利用Pamp;T技術聯合原位生物修復系統和熱強化子系統，對受氯代烴污染的土壤和地下水進行分區修復[17]。結果表明，該修復系統可同時修復高濃度和中低濃度區域氯代烴，提高修復效率，減少修復費用，實用范圍寬，實現了徹底清除土壤和地下水中氯代烴污染。

2.3 土壤氣相抽提技術

土壤氣相抽提（Soil Vapour Extraction，SVE）技術原理是利用物理方法去除不飽和土壤中揮發性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs），用真空設備產生負壓驅使空氣流過土壤空隙，從而夾帶VOCs流向抽取系統，抽提到地面后收集和處理。早期的SVE主要用于土壤原位修復，國內已有許多相關研究介紹[18]。近年來，因為SVE能有效去除VOCs，而且具有易于操作和運行等優點，目前已被應用于地下水修復領域中。特別對于石油和化學品泄漏、含油廢水的排放、污水灌溉等造成的土壤和地下水污染，使用SVE可使揮發性的有機物通過揮發和解吸等化學和生物作用從土壤和水體中被空氣夾帶出來，從而有效去除揮發性有機物。鑒于污染物質的復雜性，單一的修復技術處理效果不明顯，所以在實際工程處理過程中需要聯合運用多種處理技術。例如，將SVE修復技術和射頻加熱、空氣噴射、生物通風、注氣等原位修復技術相結合及互補，形成了SVE聯合技術。童翼飛發明了一種用于土壤和地下水修復的聯用修復系統，主要通過原位空氣注射與原位氣相抽提技術的聯用來處理地下水污染物[19]。李洪等人指出對于地下儲油罐油品泄漏導致的土壤和地下水污染，由于其中含有揮發性有機物，人們可以在SVE的抽提井周圍的不飽和區中輸入熱量，來增強污染物的蒸汽壓，提高污染物的去除率[20]。綜上所述，土壤氣相抽提技術有著廣闊的應用前景及市場潛力，在進行基礎理論研究的同時需要進一步加強現場技術應用的研究。

3 結語

我國地下水污染有日趨嚴重的趨勢，深入研究防治和修復地下水污染控制技術對我國經濟發展具有重要意義。常見的地下水處理方法有很多種，隨著地下水修復技術的理論研究和實際應用逐步成熟，在實際的處理過程中，應結合現場具體條件，如地形地貌、地下水埋深、地下水流向、含水層的滲透性、污染物的濃度和范圍、污染組分、污染強度、平均污染響應時間和氣候水文等因素，選擇合適的處理方法。當下地下水污染處理的主要發展趨勢為多種修復技術聯合使用，這樣能夠明顯加快修復進度，提高修復效率，節約修復成本，達到快速修復、徹底修復和永久修復的目的。

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5 馬會強，吳 束，李 爽.零價鐵滲透性反應墻原位修復含砷地下水的柱實驗研究[J].環境工程學報，2017，11（1）：33-40.

6 Lihui Huang，Gaofeng Liu，Guihua Dong，etal.Reaction mechanism of zero-valent iron coupling with microbe to degrade tetracycline in permeable reactive barrier（PRB）[J].Chemical Engineering Journal，2017，316（15）：525-533.

7 Elena Torresa，Paloma Gómeza，Antonio Garralóna，etal.Evaluation of the Efficiency of a Clay Permeable Reactive Barrier for the Remediation of Groundwater Contaminated with 137 Cs[J].Procedia Earth and Planetary Science，2017，17（1）：444-447.

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9 杜旺兵.化學-微生物滲透性反應墻（PRB）技術修復鉻污染地下水的室內試驗研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2014.

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12 田 雷.復合介質PRB去除地下水中氯代烴和苯系物混合污染研究[D].北京：中國地質大學，2014.

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14 Fetter C W.Contaminants hydrogeology.London：Prentice Hall，1999.

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18 陳志良，董家華，白中炎，等.氣相抽提技術修復揮發性有機物污染土壤的研究進展[A].中國環境科學學會.2011中國環境科學學會學術年會論文集（第二卷）[C].北京：中國環境科學出版社，2011.738-741.

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20 李 洪，李鑫鋼，黃國強，等.地下儲油罐污染環境的工程修復技術[J].土壤，2008，40（1）：21-26.

Application and Research Progress on Composite technologies for Contaminated Groundwater Remediation

Li Yanrong, Gan Zhiyong, Liu Hao
(Xuzhou Environmental Monitoring Central Station, Xuzhou 221002, China)

At present, groundwater pollution is becoming more and more serious, and the treatment of groundwater environment pollution has become a global problem.Remediation of contaminated groundwater is a new subject of hydrogeology and environmental science, involving many basic theories and fringe disciplines.Study on the current situation of groundwater pollution remediation this paper respectively discusses the permeable reactive barrier repair technology,extracting repair technology, soil vapor extraction technology of three kinds of typical composite repair technology, in order to provide theoretical basis and technical support for a set for our country to carry out remediation of contaminated groundwater, finally the prospect of development the direction of groundwater pollution remediation technology.

contaminated groundwater; PRB; Pamp;T; SVE

X523 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2017)08-0066-04

2017-06-11

李艷榮（1982-），女，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，從事環境監測工作。