地下水中重金屬污染原位修復技術的研究進展

程科+廖容+楊旅涵+朱泊丞+侯彪+林坤

摘 要：地下水重金屬污染是當前人們面臨的重要環境問題之一，成為當前人類生存和發展亟待解決的重要問題之一。文章綜述了原位修復技術在治理地下水重金屬污染的應用，并且主要介紹了原位修復技術中可滲透反應墻修復技術（PRB）、原位生物修復技術和原位電動修復技術的研究進展，以及原位修復技術的發展前景。

關鍵詞：地下水；重金屬污染；原位修復技術

地下水是指地表以下，賦存于巖石空隙中的水。地下水是自然界水循環的重要組成部分，同時也是人類生存和發展所必需的重要資源。但是隨著人類工業化和城市化進程的快速發展，礦產資源的開發與利用過度，使地下水環境的污染變得日益嚴重。特別是地下水的重金屬元素污染，地下水中的重金屬元素含量超標，通過食物鏈進入人的身體，嚴重影響了人們的身體健康，導致了各種罕見疾病的出現。

地下水重金屬元素污染已經引起了國家的高度關注，與此同時國內專家學者積極參與地下水重金屬元素污染治理技術的研究工作。在借鑒國外專家提出方法的情況下，根據國內的實際情況，使地下水重金屬元素污染修復技術在大量的實踐應用中得到不斷的改進。

現在較為有效的地下水重金屬元素污染修復技術已經達到十多種了，但由于諸多原因使得各種修復技術不利于推廣使用和管理。本文主要是根據地下水重金屬元素污染修復技術的方式，將修復技術分為原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術是指在基本不破壞土地和地下水的自然條件下，對于被污染對象不做搬運，而在原地進行修復的技術；異位修復技術是指被污染對象先做收集和抽提，將其轉移到地面上，然后對其進行修復的技術。由于原位修復技術不但可以節約成本、減少修復的工程量、修復效果也較好，而且最大限度的減少污染物對環境的擾動。同時，專家學者也將原位修復技術作為地下水重金屬元素污染治理的研究重點和主要方向。本文將重點介紹地下水重金屬元素污染原位修復技術的主要方法。

1 地下水重金屬元素污染的原位修復技術

在地下水重金屬元素污染的原位修復技術中，將重點介紹處理效果好、處理周期相對較短的幾種技術，主要包括可滲透反應墻修復技術（PRB）、原位生物修復技術和原位電動修復技術。

1.1 可滲透反應墻修復技術（PRB）

可滲透反應墻修復技術（PRB）是由美國在20世紀80年代提出的，目前在歐美國家作為地下水重金屬元素污染原位修復技術主要的技術手段之一。可滲透反應墻修復技術（PRB）是通過在污染區域放置一個活性反應介質的被動反應區，當污染的地下水經過時，地下水中的污染物質與活性反應介質發生反應，污染物質被降解、吸附、去除和沉淀，使地下水中的污染物質能有效的降低，并且符合地下水的環境質量標準。

可滲透反應墻修復技術（PRB）對于地下水重金屬元素污染的修復周期和效果，是由選擇何種活性反應介質決定的。目前，在可滲透反應墻修復技術（PRB）的研究中主要是使用活性炭、Fe0、微生物、泥炭等物質作為活性反應介質。這些活性反應介質具有吸附和降解污染物能力強、持續的時間長、不會產生二次污染等特點。

FDi Natale等選擇使用活性炭作為充填的活性反應介質，來建立對于地下水中重金屬污染鎘元素的吸附反應格柵，最后的結論顯示，活性炭對地下水中鎘元素吸附能力最強的時候，是在較高的酸堿度和低含鹽量的條件下；李金英等使用體積比例為1：1：0.5的砂、零價鐵、活性炭作為混合的活性反應介質，對地下水中重金屬元素錳、鋅、鉻和硒的去除率分別達到了93%、89%、90%和87%。

1.2 原位生物修復技術

原位生物修復技術是指在基本不破壞地下水原始環境的條件下，利用地下水中原始的或通過人工培養放置于地下水中的特定微生物群，通過吸收、吸附和降解等作用使地下水中的重金屬污染物減少，同時地下水系統的環境恢復正常。原位生物修復技術具有其它修復技術無法比擬的獨特優勢，主要表現在現場進行、能與其它修復技術聯合使用、降解時間短、費用低等方面。

在治理地下水重金屬元素污染的微生物研究中取得了大量的成果。Charm I S等發現在重金屬元素超標的地下水和土壤中分布著多種可以讓鉻酸鹽和重鉻酸鹽產生還原反應的微生物（如：產堿菌屬、芽孢桿菌屬等微生物），鉻酸鹽和重鉻酸鹽通過微生物的作用可以使六價鉻轉換成三價鉻，同時鉻的毒性也大大降低；任茂明在研究趨磁細菌對于去除地下水中重金屬元素效果的實驗發現了，趨磁細菌能夠吸收外部環境中的鐵元素，同時在體內形成具有磁性的鐵的化合物。最后，研究結果表明了這種方法對于水中二價鐵、三價鉻、以及二價鎳等重金屬離子的去除率達到了95%以上。

1.3 原位電動修復技術

原位電動修復技術也稱原位電化學動力修復技術，是利用電的動力學原理對污染體進行修復的一種有效的技術手段，特別是對于去除地下水重金屬元素污染具有很好的效果。具體方式是通過施加直流電壓形成電場的梯度，使地下水中的重金屬離子向設定的方向發生遷移，并且在設定的地方對集中后的污染物進行處理。

近年來隨著修復技術的不斷發展，原位電動修復技術也在不斷完善。尹晉等使用原位電動修復技術對地下水中的重金屬污染物進行修復時，發現電動修復技術對鉻有很高的去除率（三價鉻的去除率明顯低于六價鉻）。

2 結束語

目前，地下水重金屬污染問題在一定程度上得到很大的緩解，但是要想地下水重金屬污染被徹底解決還有很長的路要走。同時，人類社會的快速發展對于水資源的需求也在日益加大，受污染水體與人類的需求之間存在巨大的矛盾，所以對于受污染水體的修復成為了當前社會的重大難題之一。隨著對原位修復技術研究的不斷發展，有大量的原位修復技術被應用于治理地下水的重金屬污染中。當前，修復技術的聯合應用于治理地下水重金屬污染已經成為了新的研究方向，在實踐中也取得了更好的修復效果。

參考文獻

[1]尹國勛，李振山.地下水污染與防治[M].北京：中國環境出版社，2005.

[2]冉德發，王建增.石油類污染地下水的原位修復技術方法論述[J].探礦工程，2005（6）：208.

[3]張學禮，徐樂昌，魏廣芝，等.用PRBs技術修復鈾污染地下水的研究現狀[J].鈾礦冶，2008，27（2）：55-61.

[4]F Di Natale， M Di Natale， R Greco， et al. Groundwater protectionfrom cadmium contamination by permeable reactive barriers [J].Journal of Hazardous Materials，2008，160：428-434.

[5]李金英，佟元清，蔡五田，等.地下水污染的原位修復技術-PRB法[J].環境工程，2006，24（6）：92-94.

[6]任茂明.磁場-趨磁細菌處理重金屬離子廢水[D].天津：天津大學，2003：2-9.

[7]尹晉，馬小東，孫紅文.電動修復不同形態鉻污染土壤的研究[J].環境工程學報，2008，2（5）：684-689.

作者簡介：程科（1992-），男，四川成都人，成都理工大學地球科學學院碩士研究生。