第三章 水污染生态修复技术-地下水 (ln)

1、自然生物修复反应参数
2、自然生物修复评价
(一)现场污染物消失速率的检测
需要建立有关受污染区域的特征和污染物状况的数据库。 污染物的位置和来源，溶解性污染物的位置和浓度等。 土壤分布的地理特征，水力参数如水力学渗流系数和水力 梯度，以及地下水的生物数据。
2、自然生物修复评价
(二) 表征生物反应指标变化趋势的调查
可渗透反应墙 ( Permeable reactive barrier ,PRB)
PRB 主要由透水反应介质组成, 通常置于地下水污染羽状体 下游, 与地下水流垂直。
污染物去除机理：
包括生物和非生物两种，污染地下水在自身水力梯度作用下 通过PRB 时，产生沉淀、 吸附、 氧化还原和生物降解反应， 使水中污染物得到去除。
氧气 氧气
1、工艺类型
潜水层和承压层水污染修复： 第二种工艺，是利用曝气井和抽提井组合，在注入 空气的同时，在另一侧，抽提蒸气和空气，加快循 环。
蒸汽
空气
空气
空气
1、工艺类型
潜水层和承压层水污染修复： 第三种方法是使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞 污染物在地下水中的进一步迁移， 该方法在一些受有毒有害污染物污染的地点已取 得成功的经验。
2、原位工程修复设计
3）确定修复工艺和参数： 根据具体情况合理选择修复工艺； 确定了生物修复工艺，即可选择相应的工艺参数。 生物修复需要进行的时间可以根据总的需氧量和 氧的输送速率来“粗略的估算”。
2、原位工程修复设计
4）主要设计步骤如下： ①确定是否需要向修复区域输送微生物营养； ②预测修复过程中可能出现的化学和微生物学方面 的变化，设计对应的措施； ③设计输送系统； ④执行长期监测计划。
的面积在110万平方公里左右，这些监测点很难反映我国地下水的真实 全貌。 主要表现在国家级地下水监测点比较少，自动化监测程度不高， 监测能力比较低，不能满足经济社会发展的要求。” 我国现有的地下水监测技术、方法和监测项目上仍比较落后，地下水监测分
析一般只能分析出30几种元素，而国外的监测分析水平可以达到70多种。到目 前为止，我国在有机物的检测方面，技术、科研上还不过关，主要依靠由国外 引进设备，但其高昂的价格往往令人望而却步。
1、自然生物修复反应参数
自然生物修复的能力：
可以根据现场的一些参数进行估计， 以苯污染修复为例，主要的生物反应和相应的 参数详细列如下：
1、自然生物修复反应参数
（一）好氧生物氧化 7.5O2＋C6H6→6CO2＋3H2O
质量比: O2: C6H6 =3.1:1
每消耗1mg/L的DO就可以降解0.32 mg/L 的苯。 如果背景DO是4.0 mg/L ，好氧降解的容量是0.32×4／ 1=1.28 mg/L。
泵-处理修复
生物滴滤池修复污染地下水过程
气提修复
气提法去除挥发性物质，地面上的工艺包括：活性炭吸附、 超滤臭氧／紫外线氧化或臭氧／双氧水氧化、活性污泥法以 及生物膜反应器等，处理后再将水注入地层。
但实际运行中很难将吸附在地下水层基质上的污染 物提取出来，因此该方法效率较低。
例如，在生物膜反应器中，用沙作为固定生物膜的载体，以 甲烷或天然气为初始基质，能去除高于60％的多氯联苯。
一、地下水的细菌污染及修复
修复技术——
对于病原微生物来说，由于病原微生物存活期短，其污染
往往是局部的，因此可以在井中投加消毒剂，或设一 坝，坝体内设置砂、粘土或粉砂土、含铁红土、磁铁矿
砂、酸性腐殖土以去除病原微生物；
另外，在污水灌溉问题上要慎重考虑。
二、地下水的重金属污染及修复
矿产资源的开发、加工和使用过程中产生各种重金属 污染物质, 造成地下水环境污染, 给生态环境和人类带 来不利影响。 地下水由于其隐蔽性和难以恢复性, 切断污染源后,仅 靠自身的自然净化需长达十年、几十年、甚至上百年 的时间。
3、典型原位工程修复系统
典型原位修复系统包括 ① 地下水回收井、 ② 地面处理单元、 ③ 营养添加单元、 ④ 电子受体添加单元、 ⑤ 回注地下受污染区域等，
3、典型原位工程修复系过氧化氢，提高DO的浓度。 ②也可以采用硝酸盐代替氧和过氧化氢作为电子受体。 ③可以注入甲烷，提高甲烷细菌的活性。 ④采用厌氧、好氧和共代谢组合的方法。
三、地下水的硝酸类氮污染及修复
其他方法： 原位净化法 处理厂净化法 离子交换树脂法 RO(反渗透膜)ED(电渗析) 法等
四、地下水的石油烃污染及修复
原位处理法——
原位化学氧化 土壤气相抽提技术（包括生物通风技术） 地下水曝气法。
四、地下水的石油烃污染及修复
原位化学氧化（In-Situ Chemical Oxidation，ISCO）
在一定条件下，地下水的变化也会引起沼泽化、盐渍化、滑坡、地面沉降 等不利自然现象。
按地下水的贮存埋藏条件分类 1.包气带水 结合水（分吸湿水、薄膜水） 毛管水（分毛管悬着水与毛管上升水） 重力水（分上层滞水与渗透重力水） 2.饱水带水 潜水 承压水（分自流溢水与非自流溢水）
按照埋藏介质可分为 孔隙水 裂隙水 岩溶水
第三章 水污染生态修复技术 ——地下水
地下水（groundwater）是贮存于地面以下岩石裂缝和土壤空隙 中的水，按形态分为气态水、吸着水、薄膜水、毛细管水、重 力水、固态水等。狭义上的地下水是地下1000m范围内的水。
通过水循环与其他水体交换，在地表下亦缓慢移动。地下水水量稳定，很 少受气候影响，污染程度低，可作为居民生活用水、工业用水以及农业灌 溉水源。
二、地下水的重金属污染及修复
修复技术——
生物修复技术具有可现场进行,投资少，运行费用低，无
二次污染，最终产物少等特点， 应是地下水重金属污染修 复工程的主要修复技术。
三、地下水的硝酸类氮污染及修复
由于工农业生产活动，大量氮素进入土壤，未利用 部分经微生物硝化作用，以硝态氮的形式进入土体 和地下水(最主要)。 浅层地下水已普遍受到氮素不同程度的污染。
2、自然生物修复评价
(二) 表征生物反应指标变化趋势的调查
目前应用比较多的模则是Bioplume Ⅱ，模型包括微生物 的生长、衰减、传递，污染物的传递和降解，电子受体如 O2、NO3-、Fe2+、 SO42-和CO2传质和消耗。 但是该模型有些缺陷：不能够模拟厌氧反应，也不能够模 拟降解速度比较缓慢的生物反应。
2、自然生物修复评价
(三)微生物活性的确定
微生物的活性可以通过地下水样品的呼吸实验测定，可以 培养分离鉴定微生物的种类和数量。 可用生物降解模型模拟，常用的模型包括一级降解动力学 模型、生物膜模型、瞬间反应模型和Monod模型等。
二、地下水异位修复
通过一定方法，将地下水中的液态污染物与气 态污染物抽取出来，在地面建造的处理设施内 进行处理净化， 泵-处理修复 气提修复
四、地下水的石油烃污染及修复
土壤气相抽提( soil vapor extraction ，SVE)
通过抽出井把非饱和区中的含气态污染物的土壤 气抽出地层，从而达到消除污染物的目的。 该法是当前有机污染物原位修复中十分有效的技 术之一，其去除机理主要是挥发和生物降解。
生物通风法 充气
1989 年美国Hill 空军基地对燃料油泄漏污染的SVE 修复中， 经研究意外发现现场微生物具有很大的降解活性，去除的污染物 中有15%—20%由生物降解完成，随后采用提高土壤湿度、增加 营养元素等促进生物降解措施后，生物降解贡献率上升至40 %。 这之后，BV 技术受到广泛关注。
ISCO是近年来提出的能够有效处理土壤和地下水的一种技术。 目前，ISCO所用的氧化剂是ClO2 和O3。 ClO2通常以气体的形式直接进入污染区，氧化其中的石油烃， 在反应过程中几乎不生成致癌性的三氯甲烷和挥发性的有机 氯。 O3以气体的形式通过注射井进入污染区，可自行分解为O2， 使水中的DO含量增加，为后继微生物处理提供适合的条件。
三、地下水的硝酸类氮污染及修复
生物处理技术——脱氮
生物脱氮可分为异养型脱氮法和自养型脱氮法。
异养型脱氮法：
在废水处理中，氢供体通常使用甲醇，由于其毒性，控制 使用的场合很多。 地下水中的硝酸性氮的去除时，从安全性和成本方面考虑 使用乙醇和醋酸较多。
三、地下水的硝酸类氮污染及 修复
自养型脱氮法：
脱氮菌中也有能用氢气、还原态硫化合物和二氧化碳等无 机物作为氢供体的自养型细菌，这些都可应用于地下水硝 酸氮去除。 一般情况下自养型细菌增长率低，增长速度慢，菌的增长 量少，剩余污泥的产生量低。
连续反应墙 漏斗-通道系统
多个原位反应器连接方式： 串联 并联
有效性 经济性 安全性
添加介质的种类：
PRB 技术应用实例
PRB 技术应用实例
三氯乙烯
PRB 技术应用实例
2、原位工程修复设计
1）确定设计目标： 对已知的材料包括现场地质和水力数据、污染评 价报告、现场可行性研究结果和修复的要求进行仔 细分析； 确定修复工程需要达到的具体目标。 2）设计的主要内容： 将电子受体、微生物营养和活性微生物有效输送至 受污染的目标区域。
生物反应的趋势可以采用监测DO、Eh、pH、温 度、电导率、碱度、 NO3- 、 SO42- 、硫化物、 Fe2+ 、CO2、 CH4和Cl-，以及污染本身浓度等参 数。
2、自然生物修复评价
(二) 表征生物反应指标变化趋势的调查
根据数据，勾画出相应的变化曲线就可以清晰地 确定生物修复的进程。 在实际项目中，可以测定污染物降解一级反应系 数，近一步定量地确定污染物降解速率。
主要内容：地下水污染修复
第一节 地下水环境生态修复技术 第二节 地下水常见污染及修复技术 第三节 污染地下水的空气吹脱修复技术
第一节 地下水环境生态修复技术
原位修复 异位修复
一、地下水原位修复技术