北京化工大学《环境化学》综述

【摘要】在对地下水污染的含义、特点、污染方式的各个要素、污染物质运移等较为全面的了解之后，将理论与实际联系起来，结合生物、化学、物理等各学科的知识，运用科学的修复技术对地下水环境进行修复。

修复技术必须联系实际的污染条件和环境，选择不同的类型，同时对不同修复技术的优缺点进行利用或补足。

【关键词】地下水污染修复；可渗透反应墙；发展方向；治理技术；物理修复法；化学修复法；生物修复;污染途径，治理措施；电动力学修复技术; 生物降解0 引言我国的环境污染问题比较突出，生态环境脆弱[1]。

经济的发展使废物的排放量不断增大，使土壤和地下水的污染日益加重。

如废水的排放、工业废渣和城市垃圾填埋场的泄漏、石油和化工原料的传输管线、储存罐的破损、农业灌溉等都有可能造成土壤和地下水的污染，使本来就紧张的水资源短缺问题更加严重[2]。

特别是北方城市，地下水在供水中占有很重要的地位，地下水的污染加剧了水资源的短缺，所以地下水污染的研究工作迫在眉睫。

随着经济的快速发展，经济实力的不断提升，对地下水污染开展调查、进行污染控制甚至治理已经逐渐成为可能。

地下水污染的控制与修复是我们面临的新的、极具挑战性的重要课题，需要进行多学科交叉和联合攻关。

水的污染问题已经引起了人们的普遍关注，长期以来，我国把主要的注意力和研究、治理工作集中在地表水的污染，国家投入了大量的人力和物力进行地表水污染的防治，取得了一定的成效。

而地下水污染由于其隐蔽性、复杂性、难以控制和治理的特性，以及治理、修复费用巨大，地下水污染的修复在我国尚未展开。

近年来，随着一些突发地下水污染事件的发生，地下水污染问题也越来越引起人们的关注，国家有关部门也开始把地下水污染研究列为工作内容。

如国土资源部已开始进行全国地下水污染的大调查；国家环保总局和国土资源部联合开展了“全国地下水污染防治规划”；在不同层次的科研项目中也出现了地下水污染控制和治理方面的课题。

含水层的污染是一个缓慢的过程，污染具有累积和滞后效应，有时在泄漏发生数年、甚至数十年后才会发现，如大多数的垃圾填埋场渗滤液泄漏导致的地下水污染等[3]。

所以，首先需要进行污染源的辨析、污染途径的分析、污染物在地下的迁移转化机理研究。

在此基础上，开展地下水污染的控制、污染的修复工作。

1 地下水污染源问题1.1工业污染源工业的“三废”是地下水污染的最主要因素之一。

工业废水通过水循环直接污染地下水。

工业废水若不经过处理而直接排入地表水或地下水，都是导致地下水化学污染的主要原因。

工业废气，如 HS、CO：、CO、SO2、氮氧化物、工业粉尘、苯并芘等物质随降雨沉降，通过地表径流进入水循环中，对地表水和地下水造成二次污染。

工业废渣包括各类矿渣、粉煤灰、选矿场尾矿及污水处理厂的污泥等。

这些废物中的污染物由于降水等的淋滤作用，进入水体，造成污染。

1.2城市污染源城市生活污水和生活垃圾是污染地下水的两大重要因素。

生活污水主要污染指标是 SS、BOD、NHN、P、C1、细菌学指标等，生活污水一般是直排地表水，通过水循环对地下水产生污染。

目前，生活垃圾多采用埋填法处理，通过淋滤作用渗滤液会慢慢渗入地下，污染地下水.1.3农业污染源由于农业活动而造成的地下水污染主要指畜禽养殖、土壤中剩余农药、化肥、动植物遗体的分解以及不合理的污水灌溉等，它们能够大量进入浅层地下，其中最主要的是畜禽养殖、农药、化肥的污染。

1.4污灌对地下水的污染主要研究方法土柱淋滤模拟实验是最常用的研究方法，如宋晓焱等分别用污水和大气降水进行土柱淋滤模拟实验分析了氯离子、总硬度及溶解性总固体(TDS)在土壤中的迁移转化机理，结果表明当地浅层地下水中氯离子、总硬度及TDS污染与污水灌溉有关。

污灌区地下水中硝酸盐和硬度的升高。

不科学的污水灌溉再加上大量使用化肥，使地下水的总硬度、含盐量逐渐增加，特别是地下水中NO；含量的增加，使污灌区地下水污染问题越来越严重H1。

1.5人为污染源是指由人类活动产生的污染源，是环境保护防治的主要对象。

它包括：各种固体废弃物（如生活垃圾、工业垃圾、工业废渣等等）、燃煤产生的粉尘、废矿石堆与尾矿和污泥等）、液体（如城市废水、工业废水、农村废水和工业废气等）废弃物，这是最普遍和数量最大的；还有残留农药、化肥及农家肥等等。

其它人类活动和自然灾害也会影响地下水水质，如果修建地铁，开凿运河引水，采矿等活动会改变地下水的水位，影响地下水的流动，进而影响地下水中污染的扩散降解。

地震火山等自然灾害会将地壳深处的某些有害物质带入地下水，污染水体。

1.6 天然污染源主要是指：海水、原生含盐量高水质差的地下水、含有害成分较高的矿体等。

它们在天然条条下或在附近合理的开采地下水时，对原良好的地下不水质并不构成威胁。

但若对这些污染源周围的水源地进行不合理的或过量的开采，则可能引起海水入侵、矿体有有害成分扩散、原生劣质水渗入，造成地下水污染。

2 引起地下水污染的原因水污染使水质变坏或恶化，严重的水污染很难于自净和恢复到良好状态，水污染妨碍了水的正常功能，限制了它的使用范围，危害人类健康，破坏生态环境，使水环境恶化，会变成“水污染公害”。

目前，全球由于水污染，有近一半人口喝不到洁净水，因饮水不卫生，导致的疾病有 50 多种，每天要夺取 2.5 万人的生命，水污染加重了水危机。

目前，全球有近50 个国家严重缺水，20 亿人饮水困难。

我国有近百个城市的地下水受到不同程度的污染。

造成水体污染的原因有两种，一是自然原因，二是人为原因。

在我国，主要是人为因素所造成的水污染。

3 地下水污染场地的类型和方式我国存在大量的地下水污染场地，这些场地给地下水资源带来了严重的威胁，急需开展研究。

根据笔者近年来的研究，我国地下水污染的场地数量巨大，仅就城市生活垃圾填埋场渗滤液泄漏导致的地下水污染问题就十分严重，几乎所有的城市都被垃圾填埋场“包围”，而这些以前建设的垃圾填埋场大多没有有效的卫生防护措施，造成了浅层地下水污染的普遍问题。

又如城市众多的加油站地下储油罐泄漏，以及污水排放管线的泄漏等问题也比较普遍，造成了地下水的污染，形成了众多的污染场地。

为根据科研项目污染现场调查总结的我国地下水污染场地的类型，从图中可以看出，地下水的污染场地类型包括了人类经济活动的方方面面，如地下水污染场地工业活动、农业活动、市政建设等。

地下水污染途径的决定因素有：①埋藏条件；②污染源的相对位置；③地质构造条件；④岩土体特征.4地下水污染修复技术含有以下几种, 物理法技术,化学法技术,生物法技术,复合技术.然而物理法技术包含水动力控制法、流线控制法、屏蔽法、抽取法[4]、水力破裂处理法等。

化学技术法则含有有机粘土法[5]和电化学动力修复技术。

生物技术法含有有毒污染物转化为无毒物质的处理技术。

复合技术包括使用了物理法、化学法和生物法中的两种或全部。

如渗透性反应屏(Permeable—Reactive—Bali—er)修复技术同时利用了物理吸附、氧化一还原反应、生物降解等几种技术；抽出处理(Pump—and—Treat)修复技术在处理抽出水时同时使用了物理法、化学法和生物法。

4.1 渗透反应墙（PRBs）修复技术渗透反应墙是一个填充有活性反应介质材料的被动反应区，当受污染的地下水通过时，其中的污染物质与反应介质发生物理、化学和生物等作用而被降解、吸附、沉淀或去除，从而使污水得以净化。

PRBs 使用的反应材料一般根据污染物的组分及修复目的不同而各异，最常见的是零价铁（FeO）。

其机理是根据化学热力学和化学反应动力学理论，FeO 易被氧化，失去的电子传递给具有氧化性的有毒重金属离子和有机氯代烃等有机物，使其被还原，从而达到地下水修复的目的。

渗透反应墙常见的有氧化还原和生物降解两种类型。

最新研究成果是将零价纳米铁（NZVI）介质与超声波联用，协同处理地下水中的污染物协同作用的优势在于NZVI 的比表面积大，吸附能力强，能将超声空化产生的微气泡吸附在其表面，强化超声波的空化作用同时超声波产生极强烈的冲击波、微射流，以其振动和搅拌作用去除降解过程中纳米、铁表面形成的钝化层，强化界面间的化学反应和传递过程，促进反应界面的更新。

在超声作用下，水体中产生的空化微泡增多，搅袢强度加强，可加快反应物的传递速率和铁表面活化，强化界面上的还原降解反应，提高去除率。

4.2 原位曝气技术原位曝气技术是与土壤气相抽提互补的一种技术，将空气注入污染区域以下，将挥发有机物从地下水中解析到空气流并引至地面上处理的原位修复技术。

该技术被认为是去除地下水挥发性有机物的最有效方法。

将原位曝气法和土壤蒸气抽提法相结合，去除砂质地下含水层中的石油烃，结果表明与单独使用土壤蒸气抽提法比较，将原位曝气技术与土壤蒸气抽提法联用，28 天后石油烃去除量提高19 倍，同时原位曝气还为地下水中残留的NAPL 的去除创造了更有利条件。

曝入的空气能为地下水中的好氧微生物提供足够氧气，促进土著微生物的降解作用。

该技术在可接受的成本范围内，能够处理较多的受污染地下水，系统容易安装和转移，容易与其它技术组合使用。

但是对既不容易挥发又不易生物降解的污染物处理效果不佳，并且对土壤和地质结构的要求比较高。

4.3 原位化学氧化技术原位化学修复氧化技术具有所需周期短、见效快、成本低和效果好等优点。

采用的氧化剂包包括高锰酸盐、Fenton 试剂、O3 和过硫酸盐等，其中Fenton 试剂法因其能够氧化大多数有机物，具有无选择性、反应迅速、处理彻底（甚至矿化为H2O 和CO2）、原料简单便宜、无需复杂设备、操作简便、反应条件温和、无二次污染、残存的H2O2 可自然分解成氧气，从而为微生物繁殖提供电子受体等特点，因此成为最有前景的原位修复技术之一.4.4 原位电动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它技术或辅助材料相结合，如超声技术。

4.5 原位生物修复技术原位生物修复是利用生物的代谢活动减少现场环境中有毒有害化合物的工程技术系统。

用于原位生物修复的微生物一般有三类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌。

目前地下水有机物原位生物修复方法主要包括生物注射法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相结合法等。

原位生物修复技术有其独特的优势，表现在：①现场进行，从而减少运输费用和人类直接接触污染物的机会；②以原位方式进行，可使对污染位点的干扰或破坏达到最小；③使有机物分解为二氧化碳和水，可永久地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染物转移；④可与其它处理技术结合使用，处理复合污染；⑤降解过程迅速、费用低，费用仅为传统物理、化学修复法的30%~50%。