地下水污染与修复技术
一、引言
目前我国地下水开采总量已占总供水量的18%，北方地区65%的生活用水、50%的工业用水和33%的农业灌溉用水来自地下水。

全国657个城市中，有400多个以地下水为饮用水源。

随着我国城市化、工业化进程加快，部分地区地下水超采严重，水位持续下降；一些地区城市污水、生活垃圾和工业废弃物污液以及化肥农药等渗漏渗透，造成地下水环境质量恶化、污染问题日益突出，给人民群众生产生活造成严重影响。

二、地下水污染特点和现状
（一）地下水资源：
地下水广义上是指埋藏和运动于地面以下各种不同深度的土层和岩石孔隙、裂隙、洞穴中的水。

狭义上是指浅层地下水，即第一个隔水层以上的重力水，即地下水资源。

地下水是自然界水体的组成部分，并参与自然的水循环，又是水资源的重要组成部分。

根据埋藏条件可把地下水分为包气带水、潜水和承压水。

按含水空隙的类型，地下水又被分为孔隙水、裂隙水和岩溶水。

地下水中分布最广的是钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根七种离子。

地下水中各种离子、分子和化合物的总量称总矿化度，地下水中钙、镁、铁、锰、锶、铝等溶解盐类的含量称硬度。

（二）地下水污染
地下水污染主要指人类活动引起地下水化学成分、物理性质和生物学特性发生改变而使质量下降的现象。

1）污染来源
进入地下水的污染物有来自人类活动的，有来自自然过程的。

污染来源包括生活污水和生活垃圾、工业废水和工业废物、农业施用的化肥和粪肥、天然的咸水等，石油和石油化工产品，经常以非水相液体（NAPL）的形式污染土壤、含水层和地下水。

NAPL可被孔隙介质长期束缚，其可溶性成分还会逐渐扩散至地下水中，成为一种持久性的污染源。

有机合成化学物质则主要来源于危险废物处置场所的淋溶和渗漏。

此外，用灌注并孔的办法人工补给地下水时，如果回灌水含有细菌或毒物，将造成严重后果；利用污水灌溉农田而又处理不当时，也会使大范围的潜水受到影响。

2）污染方式和途径
地下水污染方式可分为直接污染和间接污染两种。

直接污染的特点是污染物直接进入含水层，在污染过程中，污染物的性质不变。

这是对地下水污染的主要方式。

间接污染的特点是，地下水污染并非由于污染物直接进入含水层引起的，而是由于污染物作用于其他物质，使这些物质中的某些成分进入地下水造成的。

地下水污染途径是多种多样的，大致可归为四类：①间歇入渗型。

大气降水或其他灌溉水使污染物随水通过非饱水带，周期地渗入含水层，主要是污染潜水。

②连续入渗型。

污染物随水不断地渗入含水层，主要也是污染潜水。

③越流型。

污染物是通过越流的方式从已受污染的含水层（或天然咸水层）转移到未受污染的含水层（或天然淡水层）。

④径流型。

污染物通过地下径流进入含水层，污染潜水或承压水。

（三）我国地下水污染现状
地下水污染在我国大中城市不同程度地存在，其中，近一半的城区地下水污染呈加重趋势，并从点状污染有向带状和面状污染发展。

一些大城市的中心地带和郊区的地下水排泄区，地下水污染最严重，部分城市浅层地下水已不能直接饮用。

地下水污染表现为北方城市重于南方城市的特点，主要分布在华北平原、松辽平原、江汉平原和长江三角洲等地区。

三、地下水污染修复技术
目前较典型的地下水污染修复技术已经有十多种，修复技术根据技术原理可分为四大类，即物理法、化学法、生物法和复合修复技术。

按修复方式可分为异位修复和原位修复技术。

异位修复主要包括被动收集和抽出处理（pump and treat，P&T）。

异位修复是将污染物先用收集系统或抽提系统转移到地上，然后再处理的技术。

原位修复技术是指在基本不破坏土体和地下水自然环境条件下，对受污染对象不作搬运或运输，而在原地进行修复的方法。

原位修复技术不但可以节省处理费用，还可减少地表处理设施的使用，最大程度地减少污染物的暴露和对环境的扰动，因此应用更有前景。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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。

（五）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%。

目前有人将原位生物修复和旋转电动力学一太阳能技术相结合，形成新型的修复技术，能大大提高原位生物修复的效果。

四、总结
地下水污染正不断威胁人类和生态环境的健康，探索研究地下水污染修复技术是一项重要而紧迫的工作。

随着地下水污染修复技术研究的深入开展以及各修复技术的逐渐成熟，各种修复技术将会更广泛地应用于现场地下水污染修复工作中。

目前，我国地下水污染修复技术主要处于实验小试和中试阶段。

综合前人的工作，我国尚需深入研究的工作有：进一步加强对污染地下水修复机理和污染物迁移机理的研究，建立完善的模型，为制定修复计划提供可靠依据。

针对我国地下水以石油烃类、TCE、氯苯、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和重金属的污染最为严重的实际情况，目前PRBs技术是一个较好的选择。

与此同时，应该加强污染物的控制，将“防”“治”“管”三者结合起来，真正做到地下水不受污染或少受污染。