地下水修复技术

地下水修复技术 Final revision by standardization team on December 10, 2020.
针对土壤和地下水污染的现状，许多国家已采取或正在采取相应的防护措施，使得地下水修复技术成为现在国际环境领域研究的一个热点问题之一。

地下水的主要修复方法包括：
原位修复：监控条件下的自然衰减法（MNA）、渗透性反应强（PRB）；
异位修复：抽出处理法（P&T)
MNA
优点是污染物最终能转化成无毒的副产物、无须人为介入、不会涉及到废物的重新产生或迁移、费用低廉、克服机械化修复设施所带来的局限。

缺点是进行长期监测并负担相关费用、时间很长；受当地水文地质条件的自然变化及人为因素的影响；有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生迁移；对修复成果产生负面影响；含水层的各向异性可能是场地特征复杂化；生物降解的中坚产物可能比原来的化合物更毒。

P&T
抽取处理法(Pump and Treat，P&T)是最早使用、应用最广的传统经典方法，从污染场地抽出被污染的水，并用洁净的水置换，同时对抽出的水加以处理。

需要注意的是，必须把对抽取处理系统的监测作为修复措施整体必不可少的组成部分，监测系统的运行状态。

处理后的地下水可直接使用，或者回灌以稀释受污染水体、冲洗含水层，加速地下水的循环流动。

该方法存在操作繁琐、时间长、成本高的问题，需要长期监测和维护。

而且，一旦抽水停止，污染物浓度又会升高，不能从根本解决问题。

近几年，随着研究的深入，透水性反应墙法（Permeable ReactiveBarrier，PRB）被认为是替代传统抽取处理方法的一种有效方法。

该技术广泛用于处理地下水中的有机和无机污染物，它具有能够较长时间持续原位处理、处理组分较多、价格相对便宜等优点，因此近年来受到越来越多的关注。

PRB
PRB是一种原位被动修复技术，由透水的反应介质组成，一般安装于地下水污染羽状体的下游，通常与地下水流相垂直，并且它也可以作为污染地下水的地面处理设施。

当地下水在自身水力梯度作用下通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生各种反应而被去除，从而达到地下水修复的目的。

根据PRB反应机理的不同，可以分为以下几种反应墙。

1.化学沉淀反应墙
2.氧化—还原反应墙
3.吸附反应墙
4.生物降解反应墙
5.PRB的结构形式
PBR
1.抽出处理修复技术
抽出处理技术是早期应用于地下水污染的修复技术，目前仍然很普遍。

在处理过程中，采用水泵将污染地下水从蓄水层抽出来，然后在地面进行处理净化，使溶于水中的污染物得以去除。

该方法一方面可以阻止受污染的地下水向周围迁移，减少污染物的扩散，另一方面抽取出来的地下水可以在地面得到合适的处理净化，对抽取出来的水中污染物进行高效去除，然后重新注入地下水或做其他用途。

该技术的修复过程他一般分为地下水动力控制过程和地上污染物处理过程。

该技术根据地下水污染范围，在污染场地布设一定数量的抽水井，通过水泵和水井将污染了的地下水抽取上来，然后利用地面净化设备进行地下水污染治理。

该技术适用范围广，对于污染范围大，污染晕埋藏深的污染场地也适用。

但其开挖处理工程费用昂贵，而且涉及地下水的抽提或回灌，对修复干扰较大。

2.渗透性反应墙修复技术
该技术（PRB技术）的修复原理是：沿地下水流方向，在污染场地下游安置连续或非连续的渗透性反应墙，使含有污染物质的地下水流经渗透墙的反应区，通过地下水与反应墙中添加剂的化学反应达到去除污染物质的目的，并利用PRB物理屏障阻止污染晕向下游进一步扩散。

其概念模型见图：
PBR技术概念模型
PBR技术一般根据不同污染场地特点，在反应墙中添加相应的化学试剂。

通常情况下，Fe是最为广泛应用的反应剂，其对常见的有机污染物及无机污染物去除效果较好。

PBR技术的工程设施较简单，安装操作可一次完成，大大降低了修复后期的运转及维护费用。

而且，可根据污染物场地特点及治理目标选择相应的修复设计方案，优化修复过程，
提高修复效率。

但该技术工程设施投资较大，而且渗透性反应墙修复工程一经投入，其设施就已固定在地下，很难再对治理方案做出修改或改动。

3.气体抽提技术
气体抽提技术利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将呈蒸汽态、吸附态、溶解态或者自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后将抽提的蒸汽采用热解氧化法、催化氧化法、活性炭吸附法、浓缩法、生物过滤法及膜分离法等方法进行收集和处理。

气提技术的基础是污染物质的挥发特性在孔隙空气流动时，含水层中的污染物质不断挥发，形成蒸汽，并随着气流迁移至抽提井，集中收集抽提出来，再进行地面净化处理。

因此，气提技术取决于污染物质的挥发特性、土壤和地层结构对气流的渗透特性。

气体系统包括抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备等。

该法的优点是能够原位操作，比较简单，对周围干扰小；有效去除挥发性有机物；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；容易与其他技术组合使用。

在美国，该技术已经成为受加油站污染的地下水和土层的“标准”技术。

4.空气吹脱修复技术
空气吹脱是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物，吸附在土壤颗粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。

空气吹脱技术包括现场空气吹脱、有机物的挥发和有机物的好养生物降解等三个主要过程。

空气吹脱技术对地下水中一些常见的污染物具有较好的去除效果，如苯、甲苯、苯乙烯、二甲苯、总石油量、氯代烃溶剂、一般溶剂等。

吹脱技术设备包括鼓风机或空气压缩机、真空抽气机、管道及连接件、空气过滤器、压力测量和控制仪表、流量计和空气干燥等设备。

该技术可以和其他处理技术结合，提高总的去除率。

该技术运行时间一般在1~3年。

5.生物修复技术
分为原为强化生物修复法和生物反应器法。

原位强化生物修复是在污染土壤不被搅动情况下 ,在原位和易残留部位之间进行处理。

这个系统主要是将抽提地下水系统和回注系统 (注入空气或 H2O2、营养物和已驯化的微生物) 结合起来 ,来强化有机污染物的生物降解。

装置如图所示：
典型原位强化生物修复系统
生物反应器的处理方法是强化生物修复方法的改进 ,就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程。

这种处理方法包括 4个步骤: ① 将污染地下水抽提至地面; ②在地面生物反应器内对其进行好氧生物降解; ③处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤中; ④在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物 ,并注入氧气 ,使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。

生物反应器法不但可以作为一种实际的处理技术 , 也可用于研究生物降解速率及修复模型。

近年来 ,生物反应器的种类得到了较大的发展。

连泵式生物反应器、连续循环升流床反应器、泥浆生物反应器等在修复污染的地下水方面已初见成效。

6.原位化学修复技术
在受污染区域，建立活性反应区域，同时将周围的污染物随地下水迁移至活性反应区进行分解或钝化固定。

在活性反应区域，一般需要注入合适的反应物质与迁移来的污染物
进行反应。

但是注入的反应活性物质必须比较好的均匀分布在活性区域，而且反应物质本身或者产物对环境无害。

该技术主要包括化学沉淀和原位化学氧化两种类型。

化学沉淀主要对于重金属污染的地下水，常用的反应物质有：石灰[Ca(OH)]、灰烬（KOH）和硫化钠(Na2S)等，可以处理的重金属离子包括Cd、Ni、Zn、As、Cr、Cu、Ag、Hg、Pb、Co等。

原位化学氧化可以将有机物转变为无毒或者毒性比较小的化合物。

常用的氧化剂包括二氧化氯、次氯酸钠或者次氯酸钙、过氧化氢、高锰酸钾和臭氧等。

该技术对污染物可以就地处置和降解，不需要建立昂贵的地面基础设施，安装施工比较容易，操作维护也比较便宜，可以用于深层污染的修复和处置。

同时反应活性区可以用来截留处于流动状态的地下水中的污染物，避免其向更远的距离进行扩散和迁移，污染更大的范围。

一般反应试剂的投加可以通过砖井以重力方式或者以压力方式注入。

地下水污染主要由工业污染、农业污染、城市生活污染等引起，如废水的肆意偷排，农业中农药化肥等不合理的使用，城镇污水排水管道的渗透等现象。

据不完全统计，我国城市地下水中未受到污染的仅占3%左右。

目前国家鼓励环保企业积极参与地下水环境的监测及修复工作，较为常用的修复技术主要为渗透性反应墙修复技术（PRB）和原位化学修复技术。

PRB技术的修复原理是：沿地下水流方向，在污染场地下游安置连续或非连续的渗透性反应墙，使含有污染物质的地下水流经渗透墙的反应区，通过地下水与反应墙中添加剂的化学反应达到去除污染物质的目的，并利用PRB物理屏障阻止污染晕向下游进一步扩散。

公司出资与西北农林科技大学合作，针对地下水硝酸盐污染的修复，研究得出锯末和零价铁混合填装PRB中硝酸盐的去除率达到%，且这种可以直接应用于地下水硝酸盐污染修复。

原位化学修复技术通过向土壤或区域注入氧化剂或还原剂，通过氧化或还原作用，使土壤或地下水中的污染物转化为无毒或相对毒性较小的物质。

公司陕西省杨凌区某农药生产场地，首先调查与风险评估发现场地中部分区域存在地下水污染，并得到主要污染物类型，通过测定地下水污染物浓度、pH值等参数，作为污染本底值后，进行系统设计，建设注射井、降水井及监测井；配置适当浓度的药剂溶液，向污染区域进行注射；药剂注射完成一段时间后，采样观察地下水气味、颜色变化情况，并对地下水污染物浓度进行过程监测；连续监测达标区域停止药剂注射，污染浓度检出较高，或颜色明显异常、异味较重的区域，则增加药剂注射量或加布注射井，直至达到修复标准。

经公司修复后地下水中污染物浓度分别低于修复目标值，并通过环保局的修复验收。