地下水污染控制技术研究进展

地下水污染控制技术研究进展

摘要:地下水作为主要饮用水和农田灌溉水，在我国的经济发展中具有重要地位，然而近年来地下水的污染不断加剧，石油泄漏、农药化肥流失和工业废弃物的处置不当，无时无刻不在加重地下水的污染趋势。其中硝基芳香烃作为一种单环芳香族化合物更难降解且毒性更强，而纳米材料具有粒径小、比表面积大、反应活性高的特点，对于多种环境污染物都有良好的去除能力，利用合适材料改性后的纳米颗粒克服了自身容易团聚的不足，使颗粒比表面积和反应能力大大提高，因而获得了更大的应用价值，对硝基芳香烃有更好的降解作用。使用蔗糖改性的纳米铁粉还原硝基苯对污染的土壤进行治理具有良好的效果。

关键字：地下水污染原位反应带纳米铁改性

1 引言

自20世纪中期以来，地下水污染问题引起了国内外研究者的广泛关注和重视，其研究方向主要包括地下水污染风险预测评价，地下水污染调查监测与分析，地下水污染控制修复，地下水污染防控管理决策等方面。其中，地下水污染控制与修复技术作为治理地下水污染保护地下水资源和生态环境安全的直接有效手段，一直是国内外研究的重点。

本领域发文数量最多的是纳米技术，其次为生物修复技术、自然衰减技术、原位氧化技术和渗透反应格栅技术。从文献发表数量的变化趋势来看，自然衰减技术、原位氧化技术和渗透反应格栅技术近年来发文数量基本保持稳定，说明该类技术的理论研究已较为成熟，而纳米技术的发文数量自2006年起呈快速增长的趋势，说明该技术为本领域现阶段研究的重点。根据美国超级基金修复项目报告的统计结果[1]，原位修复技术( 包括生物修复、化学修复、空气扰动等)监测自然衰减和抽出处理为美国目前应用数量最多的技术类型，其中，抽出处理及监测自然衰减的使用量在近年来逐渐下降，而原位修复技术( 以生物修复、化学修复、纳米技术等为代表)的使用数量稳步增长，表明原位修复技术为今后研究和应用的重点。

3 地下水有机污染常用修复技术

○1异位修复方法

抽取处理技术是去除有机物污染应用最为广泛的一种修复方法，该技术是利用地面抽出系统将污染地下水抽出，然后选择合适的物理、化学和生物方法对抽出液进行处理，处理后的地下水可回灌或直接排放。抽取处理技术虽应用广泛，但由于含水层中污染物的反向扩散，会使修复过程出现浓度拖尾，导致修复周期较长，采用这种方法修复地下水有机污染至其达到健康标准，可能需要几十年甚至数百年[2]。异位修复方法需要开挖土体或抽取地下水，因而修复成本较高，且该过程受污染场地水文地质条件和污染范围的限制，对复杂含水层无法进行有效的修复。

○2原位修复方法

(1)原位氧化技术

原位氧化技术（In Situ Oxidation，ISCO）是将芬顿试剂、过氧化氢、高锰酸盐等强氧化剂注入到地下环境，与污染物发生氧化反应，将其氧化为无害物质或危害性较小的稳定性化合物。该技术通常用于污染源的修复，具有反应速度快、操作简单、修复成本低等优点，2005~2008 年间，美国有近 40 个超级基金限。

（2）原位冲洗技术

原位冲洗技术（In situ flushing）是根据污染物种类性质，选择合适的冲洗液注入污染区域，污染物在水流的作用下进入到冲洗液中，或直接与冲洗液发生化学反应，从而达到去除污染物的目的，在污染区域下游，将含有污染物与冲洗液的地下水抽出后进行地表处理或者再利用。常用的冲洗液类别包括水、酸性溶液、还原剂、螯合剂和表面活性剂等。该技术多用于污染源污染物的去除，而对于溶解性和挥发性污染羽的修复效果不理想。

（3）原位热处理技术

原位热处理技术（Thermal treatment in situ）是采用直接或间接的加热方式对污染土壤或地下水进行加热，使有机污染物被破坏或挥发的处理过程，转化为气相的污染物质通过收集井抽出后进行废气处理。原位热处理技术多用于非水相液体（NAPLs）污染物的去除，加热方式通常采用电阻加热、射频加热、热传导和注入热水、水蒸气等。相对于异位处理技术，原位热处理可大大节省工程成本，但是修复时间相对较长，且受地下土壤及含水层性质影响较大，修复效果

具有不均匀性。

（4）原位空气扰动技术

原位空气扰动技术（Air sparging）是通过将新鲜空气注入到饱和地层中，污染物挥发进入气相，并在空气的携带下逐步上升进入包气带，再利用抽提井对气相污染物进行收集，从而达到修复目的。该技术具有高效、易操作、对周围环境干扰小的特点，因而被认为是去除饱和污染地下水和土壤中挥发性有机污染物的最有效方法。但该技术不能在承压含水层中使用，且修复效果受非均质介质影响明显，大量空气的注入也存在导致污染羽范围增大的风险。

（5）土壤气相抽提技术

土壤气相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）也称“土壤通风”或“真空抽提”，是针对地下包气带中挥发性有机污染物修复的一种原位修复技术。一般是利用真空设备对包气带中气体进行抽提，空气在负压作用下流经污染土壤，并携带污染物质向上运动，经抽取装置抽出后进行地面处置。

（6）可渗透反应墙技术

可渗透反应墙技术（Permeable Reaction Barrier，PRB）兴起于 20 世纪 90年代，是在地下水污染的下游设置一个充填反应材料的原位处理墙，污染地下水在流经反应墙的过程中，污染物质被反应材料降解或固定，从而达到去除或降低污染物浓度的目的。该技术具有处理污染物范围广、不需要持续能量供给、修复费用低的特点，但在实际应用中，反应材料选择不当和反应过程生成的沉淀会引起填充介质的堵塞，导致墙体很难长期有效运行。

（7）植物修复技术

植物修复技术（Phytoremediation）是利用植物及其根系微生物群落的吸收富集能力，实现土壤或浅层地下水中污染物的去除。近年来，该技术多用于土壤重金属污染的修复，并已在铅、镍、锌和镉的修复上取得了显著成果[46-50]。

（8）地下水循环井技术

地下水循环井技术（Groundwater Circulation Well，GCW）是基于有机污染物的挥发性，将修复工艺系统集成在井内，通过曝气、抽提和吹脱过程实现对污染组分的去除。循环井的技术优势在于修复范围广，适用于地下饱和区和非饱和区的修复；无地表排放和处理过程，节约成本；可以和多种修复技术联合使用。