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地下水中主要污染物治理的常见方法概述

摘 要:近年来,地下水污染治理技术成为研究的热点。通过介绍我国目前地下水开采引发的地下水污染状 况以及地下水的预防措施和治理技术,希望提高全民对地下水污染的认知。同时,综合多种因素,根据不同的污染成分采用合理的修复技术对污水进行分层处理,将不同水质的水供给不同的用水对象,提高用水效率,既可以 节约资金又可以达到预期的治理目的。 

关键词:地下水污染;污水治理;分层处理

1 问题的提出

较之湖泊、河流中的淡水资源,广泛埋藏在地面以下各种状态的水资源更为丰富,对人类的生活和生产也有着重大意义。近年来,大量开发与利用地下水来满足人类生存发展、经济建设的需求,但却改变和破坏了自然环境,引发负环境效应。据统计,全国地下水超采量已由 20 世纪 80 年代的每年 100 亿 m3 增加到每年 228 亿 m3 ,地下水超采面积由 5.6 万 km2 扩展到 18.0 万 km2[1] 。周学志 [2] 根据 1984 年的调查资料,以开采量与可开采资源量的比值(开 采程度)分析指出,即使水资源丰富,开发潜力较大的地区大量开采地下水也会引起十分突出的地下水水位下降。地下水位的过度下降也会引起海水或咸水入侵,恶化水质。

同时,随着人口增长,经济高速发展,大量生活、工业废水排放,由于管理不严、治理不当而导致地下水不同程度 的污染。通过中国知网数据库查找“地下水污染”统计 1973 — 2017 年与此相关的国内论文数量分布(见图 1),可以得出地下水污染受到越来越多的研究人员及相关工作人员的关注,也表明国内地下水污染问题亟待解决。

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2 地下水污染简介 

2.1 地下水污染定义 

关于地下水污染的定义,目前国内外还没有比较统一的说法。有学者主张凡是在人类活动影响下,地下水变化朝着水质恶化方向发展的现象,统称为“地下水污染”。不管此种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度,只要 这种现象一发生,就应该视为污染 [3] 。就污染而言,主要指水的物理、化学和生物性质的改变。因此吕书君 [4] 认为 地下水污染的定义应该是,人类活动使地下水的物理、化学和生物性质发生改变,从而限制或妨碍地下水在各方面 的应用。

熊玲 [5] 在此基础上提出,处在特殊的地质背景中, 在水岩长期的相互作用下,天然地下水中某些组分浓度相 对富集或是贫化而超过或低于水质标准的现象,不应称为 地下水污染,而应称为“天然异常”,或者说属于一种原 生态的污染。方玉莹 [6] 基于国内外学者研究基础上定义地下水污染是,在人类活动的影响之下,地下水中所含的污染物质超过地下水本身的自我净化能力,使地下水的组成 及其性质发生变化,从而使地下水环境恶化的现象。作者 认为,只要地下水直接或间接地对人类健康产生危害或水 质不能满足人类的需要就属于“地下水污染”。

2.2 污染现状

我国地下水污染有以下 3 个特征:在我国有 400 多个 城市开采地下水,大、中城市中,约有 50% 的市区地下水污染严重,所以区域性地下水污染问题突出;部分重点地区如经济发达的工业基地和沿海地区地下水污染严重;农业生产过程中使用的化肥、农药,城市垃圾填埋,工业污水等一些有典型污染源的场地地下水污染严重。 2014 年全国 202 个地级市开展了地下水水质监测见图 2。依据 GB/T 14848 — 2017《地下水质量标准》,综合评价结果为优良水质占10.8%,良好水质占 25.9%,较好水质 占 1.8%,较差水质占 45.4%,极差水质占 16.1%。主要超 标的物质为铁、锰、“三氮”、氟化物、硫酸盐等,个别监测点水质存在砷、铅、六价铬、镉等重金属超标现象。

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2016 年水利部 1 月《地下水动态月报》公布了对全 国主要平原的浅层地下水的水质调查结果:无Ⅰ类水, Ⅱ ~ Ⅲ类水占总数的 19.9%,Ⅳ类水 32.9%,Ⅴ类水占 47.3%。“三氮”污染情况较重,部分地区存在一定程度的 重金属和有毒有机物污染。 

2.3 污染源 

国内外学者对于污染源的研究,大多包括工业、农业 和生活等方面普遍存在的污染源。刁徐笑总结了国内外城 市地下水污染的主要影响因素:水文地质条件、地下水埋 深、植被覆盖、气候条件、城市建设以及工农业等,这些 或污染地下水,或加剧地下水污染 [7] 。地下水位的下降所 引发的海水倒灌以及浅层咸水对深层淡水的污染。吕书君 强调采矿活动对地下水的污染是极其严重的 [4] ,采矿的同 时伴随着无目的的地下水开采,造成地下水超采,以及突 发性的环境灾难所引起的环境污染不可忽视。 

3 地下水污染的常见治理方法 

地下水埋藏在地表以下,一经污染便难以清除。所以 地下水的防治要坚持“以防为主,防治结合”的原则。预 防措施主要包括:加强相关法律法规的建设,加大宣传力 度;加强地下水监测是地下水合理利用的重要基础;统筹 规划,合理开发地下水。 对于地下水污染的治理主要分为治理污染源和修复污染的地下水 2 类。治理污染源则需要依靠采取相关预防措 施来避免或减少地下水污染。在治理污染的地下水过程中 不可避免地涉及对已污染的地下水进行处理,因此水体修 复技术是当前研究的热点,发展至今也形成了较为系统的 技术体系。目前比较典型的地下水污染修复技术有十几种, 根据技术原理分类,即物理法修复技术、化学法修复技术、 生物法修复技术和复合修复技术(复合修复技术是兼有以 上 2 种或多种技术属性的污染处理技术)[8] 。根据修复处 理的方式分类,即原位修复技术、异位修复技术和监测自然衰减技术 [7]。 

地下水开发引发的负环境效应很大程度是因为人们缺乏对地下水污染程度的正确认知从而无法对地下水进行统筹规划,管理应用。吴剑锋 [9] 提出将不能利用的水变为可 利用的水并根据不同水质的水供给不同的用水对象。污染物在地下水中通过对流、弥散、扩散及延迟作用形成特有的溶质分布。数据显示,城市地下水中污染物质检出普遍, 多种污染物质的检出率大于 25%[2] 。据于此可以将地下水污染治理按照不同污染成分进行分层处理。以美国印第安纳州的超级基金场的地下水污染为例,在其场地修复计划中采用了按不同污染成分进行分层处理的方法:首先以氯 代物为基础修建污染羽控制井,防止污染扩散;然后促进 包气带中有机化合物的生物降解;最后建立水平土壤蒸汽 分离系统,清除易挥发的有机物 [10]。 地下水的污染可分为 3 大类,即金属污染、非金属污 染(主要是“三氮”超标)和有机物污染。

3.1 金属污染修复

重金属因其含有剧毒而且难降解而难以处理,尤其是 矿坑的排水含有大量重金属。台湾学者提出的泥炭生物屏 障修复技术能有效去除溶解性重金属,如铜、铅等 [11] ;电 动修复技术能使金属离子在电场作用下发生定向迁移;植 物处理法也可处理多种金属离子。 

3.2 非金属污染修复(三氮) 

近年来,为满足农业增产需要,我国地下水中“三氮” (氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐)居高不下 [12] 。注气 — 土壤 气相抽提技术(SEV)可用于挥发性农药污染物,更广泛 地讲,适用于处理挥发性有机物的修复技术也适用于处理 “三氮”污染物。 

3.3 有机物污染修复 [12 - 16] 

有机物的污染是地下水污染中普遍也严重的污染问题,因此有机物污染修复技术一直是国内外学者研究的热点。目前的污水修复技术大多适用于有机物污染的 处理。原位曝气技术(AS)是去除地下水挥发性有机物有效的方法。有机黏土法和电化学法对吸附性较强的有机 物的处理效果比较好。被动收集法和抽出处理法都是比较 有效的处理密度较轻有机物污染(如油污)的方法。流线控制法则适用于密度比水大的大批量有机物污染处理。空气冲洗可有效处理烃类污染物。生物修复技术(BS)是处 理地下水及包气带土层有机污染的有效也有前途的方 法。原位化学修复氧化技术(ISCO)就是用氧化剂(常用 的氧化剂包括高锰酸盐、Fenton 试剂、O3 和过硫酸盐等) 氧化大多数有机物,朱琨等人研究的以二氧化氯为主的混 合气(大部分二氧化氯和少量气、臭氧、过氧化氢的混 合气)也是一种经济有效的氧化剂,它不但成本相对低,而且能有效降低石油及苯系类污染物。 渗透性反应屏修复技术虽然可以根据污染物的种类和 污染物的浓度等选择合适的反应装置,是一种典型的分层 治理技术,但需定期清理,检查更换,而且更换装置麻烦, 更换过程中会产生二次污染 [8] 。因此,根据污染物类型来 采取相应的修复技术对污染的地下水进行治理,目的性强, 层次分明,资源能得到合理配置。同时,污染的地下水不需要得到彻底净化,就可以根据不同的要求供水对象进行 供给,如利用微咸水进行灌溉等。 然而,水体修复技术终究治标不治本,唯有统筹规划,合理利用地下水资源,恢复地下水自我修复能力,再辅以人工治理方法,才能实现地下水可持续开发利用。

4 结 语 

地下水污染是一个全球性问题,不是单独一个国家或个人就能解决的。在我国,20 世纪 60 年代以来,地下水污 染引发相关部门和科研单位的极大关注,并进行大量研究工作,在治理污水过程中也取得了较好的结果。所以,对地下水污染防治经验的整理和总结是十分有必要的,普及防治地下水污染的教育,提高全民对地下水污染的认知, 调动全民力量保护地下水资源。


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