裂隙介質地下水污染風險管控技術綜述

摘要：目前，國內外主流的地下水污染風險管控技術有9種，即水動力控制技術、地下阻滯攔截技術、抽取-處理技術、兩相抽提技術、原位沖洗技術、原位空氣擾動技術、地下可滲透反應屏障技術、原位化學氧化還原技術和原位微生物技術。本文結合裂隙介質中地下水特征，分析國內外主流的地下水污染風險管控技術，并采用評分法對其進行篩選。研究表明，地下阻滯攔截技術是裂隙介質中地下水污染風險管控的最有效手段，其次為水動力控制技術、抽取-處理技術。

關鍵詞：裂隙介質；基巖裂隙水；地下水污染；風險管控；污染修復

中圖分類號：X523 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）07-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.07.044

Review on Risk Management and Control Technology of Groundwater Pollution in Fractured Media

NING Tianxiang， HAN Xue

（Hydrogeological and Engineering Geological Survey Institute， Gansu Provincial Bureau of Geology and Mineral Exploration amp; Development， Zhangye 734000， China）

Abstract： At present， there are nine mainstream risk management and control technologies of groundwater pollution at home and abroad， namely hydrodynamic control technology， underground blocking and interception technology， extraction-treatment technology， two-phase extraction technology， in-situ flushing technology， in-situ air disturbance technology， underground permeable reaction barrier technology， in-situ chemical redox technology and in-situ microbial technology. Combined with the characteristics of groundwater in fractured media， this paper analyzes the mainstream risk management and control technologies of groundwater pollution at home and abroad， and uses the scoring method to screen them. The research shows that the underground blocking and interception technology is the most effective means for risk management and control of groundwater pollution in fractured media， followed by hydrodynamic control technology and extraction-treatment technology.

Keywords： fractured media; bedrock fissure water; groundwater pollution; risk management and control; pollution remediation

裂隙介質中地下水運動和污染運移較孔隙介質更為復雜，造成裂隙介質地下水污染風險管控存在較多不確定因素，同一技術手段在不同類型含水層介質中的管控效果也存在明顯差異。現階段，地下水污染風險管控技術手段較多，探索適用于裂隙介質地下水污染風險管控的最優技術并推廣使用，對深入打好污染防治攻堅戰、保護生態環境和推進生態文明建設具有重要意義。

1 裂隙介質中地下水特征

長期地質作用使得埋深較淺的基巖形成大量網狀風化裂隙，為地下水的賦存提供了空間。大氣降水、暫時性雨洪等下滲進入基巖風化裂隙，成為地下水的主要補給來源。受裂隙優勢通道控制，地下水在裂隙介質中的運動通常為非達西流。同時，裂隙介質中地下水的富水性主要取決于裂隙發育程度，各地段差異性較大。污染物在地下水環境中的運移是復雜的物理、化學及生物綜合作用的結果，其在裂隙介質中的運移過程與等效裂隙寬度存在直接關系[1]。

2 地下水污染風險管控技術

2.1 水動力控制技術

水動力控制技術利用地下水流場來控制污染暈的擴展，通過改變地下水水力梯度來減緩地下水污染暈的遷移速度。恢復法通過對污染場地地下水的抽取形成降落漏斗，避免污染水體向外擴散，如圖1所示。壓水水脊法通過注水井形成地下水補給反漏斗，把污染源與要保護的地下水敏感目標從水動力場的意義上隔離開來。

2.2 地下阻滯攔截技術

地下阻滯攔截技術通過建立低滲透性垂直屏障對污染物的遷移進行阻滯，常用方法有泥漿阻截墻、地下灌漿、收集廊道等。泥漿阻截墻通過開挖溝槽，回填隔水的混合填充物，形成地下垂直阻隔墻，從而阻擋污染物的遷移、擴散。收集廊道在處理地下水輕質非水相液體（LNAPL）污染物時具有較好的效果。

2.3 抽取-處理技術

抽取-處理技術通過不斷抽取污染地下水，對抽出的水體在地表進行處理，從而逐漸減小地下水污染羽范圍和污染程度。該技術適用于處理多種有機和重金屬污染物，但其對含水層介質的滲透系數具有要求，一般應大于5×10-4 cm/s。抽取-處理技術的應用首先要切斷污染源，否則，抽取過程會加速污染物從污染源向環境中的遷移。

2.4 兩相抽提技術

兩相抽提技術利用泵抽取污染地下水、自由相LNAPL以及碳氫化合物氣體，抽取的污染地下水和揮發性氣體經處理排放或注入地下[2]。該技術可用于不同的場地條件，對于去除地下分離相污染物具有很好的效果，可以形成地下水位降落漏斗，使自由相LNAPL向漏斗中心匯集，利用泵直接抽取。

2.5 原位沖洗技術

原位沖洗技術將沖洗溶劑注入污染地層（包氣帶和含水層），對污染帶進行作用，使地層介質中的污染物溶解度增大、遷移性增強，污染物從固體介質進入地下水中。然后，設置污染地下水和沖洗溶劑混合液的抽取井，在地表進行沖洗溶劑的回收處理，使污染地下水和沖洗溶劑分離[3]。

2.6 原位空氣擾動技術

原位空氣擾動技術是在飽和地層中注入氣體，由于污染物在氣液間存在濃度差，揮發性有機污染物和半揮發性有機污染物由溶解相進入氣相，在浮力作用下，氣體攜帶污染物逐步排出含水層，攜帶污染物的氣體進入包氣帶后，在包氣帶中設置抽提井將污染氣體收集，從而去除揮發性有機污染物。

2.7 地下可滲透反應屏障技術

地下可滲透反應屏障技術包括兩種類型。一是可滲透反應墻，通過開挖溝槽，填充反應介質進行去污；二是原位反應帶，通過井排，把反應試劑注入含水層形成反應帶進行去污[4]。該技術可用于多種目的，例如，在污染源處使用，可以減少污染物遷移的通量，控制污染源。

2.8 原位化學氧化還原技術

原位化學氧化還原技術是向地下水環境中注入氧化劑或還原劑，與污染物作用，使地下水中的污染物轉化為較低危害性的物質。目前使用較廣的氧化劑包括過氧化氫（H2O2）、鐵、高錳酸鹽（MnO4-）、過硫酸鹽（S2O82-）和臭氧（O3）[5]。常用的還原劑包括硫酸亞鐵（FeSO4）、連二亞硫酸鈉（Na2S2O4）、重亞硫酸鈉（NaHSO3）、硫化物、硼氫化鈉（NaBH4）等[6]。

2.9 原位微生物技術

原位微生物技術是通過促進土著微生物在含水層中的生長、繁殖，或注入篩選、馴化的菌群，強化有機污染物的降解，可有效去除溶解于地下水中和吸附在含水層介質上的有機污染物。

3 地下水污染風險管控技術篩選

3.1 篩選方法

選擇技術可接受性、場地可應用性、管控有效性、管控時間、管控費用5個評價指標，對每種管控技術分別進行評分，計算總分值。總分值越高，該技術越有利于在該場地中應用。其中，技術完全可接受賦

4分，可接受賦3分，一般可接受賦2分，局部可接受賦1分；場地完全可應用賦4分，可應用賦3分，一般可應用賦2分，局部可應用賦1分；管控非常有效賦4分，有效賦3分，一般有效賦2分，局部有效賦1分；管控時間短賦4分，中等賦3分，長賦2分，很長賦1分；管控費用低賦4分，中等賦3分，高賦2分，很高賦1分。

3.2 篩選結果

依據技術篩選方法，結合西北干旱半干旱氣候區裂隙介質中地下水運動特征及污染物運移規律，對地下水污染風險管控技術進行評分，結果如表1所示。

根據評分結果，裂隙介質地下水污染風險管控的最優技術為地下阻滯攔截技術，其次為水動力控制技術、抽取-處理技術，再次為兩相提取技術、原位沖洗技術和地下可滲透反應屏障技術。受裂隙自身發育大小、形態和分布不均等影響，裂隙介質中污染水體反應面積較孔隙介質小，導致原位空氣擾動技術、原位化學氧化還原技術和原位微生物技術在裂隙介質地下水污染風險管控中具有一定的不確定性。

4 結論

地下阻滯攔截技術可在短時間內阻止地下水污染物向周邊環境擴散，從而達到污染風險管控的效果，其時間效益和社會效益最為明顯。其中，地下帷幕灌漿技術具有成熟的經驗，是基巖裂隙介質地下水污染風險管控的最有效手段。裂隙介質地下水滲透性能較小，流動緩慢，富水性差，抽水或注水對地下水流場影響較大，已污染的地下水體可快速抽出，水動力控制技術和抽取-處理技術在裂隙介質地下水污染風險管控中效果明顯。當裂隙介質地下水中存在石油類和揮發性污染物時，兩相抽提技術具有一定的效果；當存在石油燃料、氯代有機溶劑時，可輔以原位沖洗技術。地下可滲透反應屏障技術對有機污染物和重金屬的去除均有較好效果，但實施難度較大，管控費用較高。地下可滲透反應墻介質容量具有有限性，反應材料的研發是該技術推廣使用的重點和難點。原位化學氧化還原技術中，強氧化劑存在健康和安全問題，有待今后進一步研究。實際污染場地地下水風險管控多采用組合技術，不同類型地下水污染物的最優組合管控技術也是下一步研究的主要方向。

參考文獻

1 吳 蓉.裂隙介質溶質運移機理試驗研究[D].南京：河海大學，2008：16-17.

2 諸 毅.多相抽提和強化原位生物修復聯合修復技術應用[J].廣州化工，2022（11）：114-117.

3 何 宇.四氯乙烯污染含水層的膠態微泡沫強化沖洗修復實驗研究[D].長春：吉林大學，2020：11-12.

4 李志建，魏 麗，倪 恒.零價鐵可滲透反應屏障鈍化和堵塞研究進展及案例分析[J].環境工程，2022（2）：206-213.

5 李云飛，聶天宏，徐 辰，等.原位化學氧化技術中不同氧化體系對土壤和地下水中揮發性有機物的去除效果[J].環境污染與防治，2022（11）：1467-1472.

6 王健華.土壤及地下水原位注入修復技術的研究[J].環境科技，2022（2）：72-78.