地下水污染控制技術(shù)研究進(jìn)展(共8頁)

1、地下水污染(wrn)控制技術(shù)研究進(jìn)展摘要(zhiyo):地下水作為主要飲用水和農(nóng)田灌溉水，在我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要地位，然而近年來地下水的污染不斷加劇，石油泄漏(xilu)、農(nóng)藥化肥流失和工業(yè)廢棄物的處置不當(dāng)，無時(shí)無刻不在加重地下水的污染趨勢(shì)。其中硝基芳香烴作為一種單環(huán)芳香族化合物更難降解且毒性更強(qiáng)，而納米材料具有粒徑小、比表面積大、反應(yīng)活性高的特點(diǎn)，對(duì)于多種環(huán)境污染物都有良好的去除能力，利用合適材料改性后的納米顆粒克服了自身容易團(tuán)聚的不足，使顆粒比表面積和反應(yīng)能力大大提高，因而獲得了更大的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)硝基芳香烴有更好的降解作用。使用蔗糖改性的納米鐵粉還原硝基苯對(duì)污染的土壤進(jìn)行治理具有良好的

2、效果。關(guān)鍵字：地下水污染 原位反應(yīng)帶 納米鐵 改性1 引言自20世紀(jì)中期以來，地下水污染問題引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注和重視，其研究方向主要包括地下水污染風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，地下水污染調(diào)查監(jiān)測(cè)與分析，地下水污染控制修復(fù)，地下水污染防控管理決策等方面。其中，地下水污染控制與修復(fù)技術(shù)作為治理地下水污染保護(hù)地下水資源和生態(tài)環(huán)境安全的直接有效手段，一直是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)。本領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量最多的是納米技術(shù)，其次為生物修復(fù)技術(shù)、自然衰減技術(shù)、原位氧化技術(shù)和滲透反應(yīng)格柵技術(shù)。從文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量的變化趨勢(shì)來看，自然衰減技術(shù)、原位氧化技術(shù)和滲透反應(yīng)格柵技術(shù)近年來發(fā)文數(shù)量基本保持穩(wěn)定，說明該類技術(shù)的理論研究已較為成熟，而納

3、米技術(shù)的發(fā)文數(shù)量自2006年起呈快速增長的趨勢(shì)，說明該技術(shù)為本領(lǐng)域現(xiàn)階段研究的重點(diǎn)。根據(jù)美國超級(jí)基金修復(fù)項(xiàng)目報(bào)告的統(tǒng)計(jì)結(jié)果1，原位修復(fù)技術(shù)( 包括生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、空氣擾動(dòng)等)監(jiān)測(cè)自然衰減和抽出處理為美國目前應(yīng)用數(shù)量最多的技術(shù)類型，其中，抽出處理及監(jiān)測(cè)自然衰減的使用量在近年來逐漸下降，而原位修復(fù)技術(shù)( 以生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、納米技術(shù)等為代表)的使用數(shù)量穩(wěn)步增長，表明原位修復(fù)技術(shù)為今后研究和應(yīng)用的重點(diǎn)。3 地下水有機(jī)污染(wrn)常用修復(fù)技術(shù) eq oac(,1)異位修復(fù)(xif)方法 抽取處理技術(shù)是去除有機(jī)物污染應(yīng)用(yngyng)最為廣泛的一種修復(fù)方法，該技術(shù)是利用地面抽出系統(tǒng)將污染地下水

4、抽出，然后選擇合適的物理、化學(xué)和生物方法對(duì)抽出液進(jìn)行處理，處理后的地下水可回灌或直接排放。抽取處理技術(shù)雖應(yīng)用廣泛，但由于含水層中污染物的反向擴(kuò)散，會(huì)使修復(fù)過程出現(xiàn)濃度拖尾，導(dǎo)致修復(fù)周期較長，采用這種方法修復(fù)地下水有機(jī)污染至其達(dá)到健康標(biāo)準(zhǔn)，可能需要幾十年甚至數(shù)百年2。異位修復(fù)方法需要開挖土體或抽取地下水，因而修復(fù)成本較高，且該過程受污染場(chǎng)地水文地質(zhì)條件和污染范圍的限制，對(duì)復(fù)雜含水層無法進(jìn)行有效的修復(fù)。 eq oac(,2)原位修復(fù)方法 (1)原位氧化技術(shù) 原位氧化技術(shù)（In Situ Oxidation，ISCO）是將芬頓試劑、過氧化氫、高錳酸鹽等強(qiáng)氧化劑注入到地下環(huán)境，與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，將

5、其氧化為無害物質(zhì)或危害性較小的穩(wěn)定性化合物。該技術(shù)通常用于污染源的修復(fù)，具有反應(yīng)速度快、操作簡(jiǎn)單、修復(fù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，20052008 年間，美國有近 40 個(gè)超級(jí)基金限。 （2）原位沖洗技術(shù) 原位沖洗技術(shù)（In situ flushing）是根據(jù)污染物種類性質(zhì)，選擇合適的沖洗液注入污染區(qū)域，污染物在水流的作用下進(jìn)入到?jīng)_洗液中，或直接與沖洗液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到去除污染物的目的，在污染區(qū)域下游，將含有污染物與沖洗液的地下水抽出后進(jìn)行地表處理或者再利用。常用的沖洗液類別包括水、酸性溶液、還原劑、螯合劑和表面活性劑等。該技術(shù)多用于污染源污染物的去除，而對(duì)于溶解性和揮發(fā)性污染羽的修復(fù)效果不理想。 （

6、3）原位熱處理技術(shù) 原位熱處理技術(shù)（Thermal treatment in situ）是采用直接或間接的加熱方式對(duì)污染土壤或地下水進(jìn)行加熱，使有機(jī)污染物被破壞或揮發(fā)的處理過程，轉(zhuǎn)化為氣相的污染物質(zhì)通過收集井抽出后進(jìn)行廢氣處理。原位熱處理技術(shù)多用于非水相液體（NAPLs）污染物的去除，加熱方式通常采用電阻加熱、射頻加熱、熱傳導(dǎo)和注入熱水、水蒸氣等。相對(duì)于異位處理技術(shù)，原位熱處理可大大節(jié)省工程成本，但是修復(fù)時(shí)間相對(duì)較長，且受地下土壤及含水層性質(zhì)影響較大，修復(fù)效果具有不均勻性。 （4）原位空氣擾動(dòng)(rodng)技術(shù) 原位空氣(kngq)擾動(dòng)技術(shù)（Air sparging）是通過將新鮮空氣注入到飽和

7、地層中，污染物揮發(fā)進(jìn)入氣相，并在空氣的攜帶下逐步上升進(jìn)入包氣帶，再利用抽提井對(duì)氣相污染物進(jìn)行收集，從而達(dá)到修復(fù)目的。該技術(shù)具有高效、易操作、對(duì)周圍環(huán)境干擾小的特點(diǎn)，因而被認(rèn)為是去除(q ch)飽和污染地下水和土壤中揮發(fā)性有機(jī)污染物的最有效方法。但該技術(shù)不能在承壓含水層中使用，且修復(fù)效果受非均質(zhì)介質(zhì)影響明顯，大量空氣的注入也存在導(dǎo)致污染羽范圍增大的風(fēng)險(xiǎn)。 （5）土壤氣相抽提技術(shù) 土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）也稱“土壤通風(fēng)”或“真空抽提”，是針對(duì)地下包氣帶中揮發(fā)性有機(jī)污染物修復(fù)的一種原位修復(fù)技術(shù)。一般是利用真空設(shè)備對(duì)包氣帶中氣體進(jìn)行抽提，空氣在負(fù)壓作用下流經(jīng)污

8、染土壤，并攜帶污染物質(zhì)向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)抽取裝置抽出后進(jìn)行地面處置。 （6）可滲透反應(yīng)墻技術(shù) 可滲透反應(yīng)墻技術(shù)（Permeable Reaction Barrier，PRB）興起于 20 世紀(jì) 90年代，是在地下水污染的下游設(shè)置一個(gè)充填反應(yīng)材料的原位處理墻，污染地下水在流經(jīng)反應(yīng)墻的過程中，污染物質(zhì)被反應(yīng)材料降解或固定，從而達(dá)到去除或降低污染物濃度的目的。該技術(shù)具有處理污染物范圍廣、不需要持續(xù)能量供給、修復(fù)費(fèi)用低的特點(diǎn)，但在實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)材料選擇不當(dāng)和反應(yīng)過程生成的沉淀會(huì)引起填充介質(zhì)的堵塞，導(dǎo)致墻體很難長期有效運(yùn)行。 （7）植物修復(fù)技術(shù) 植物修復(fù)技術(shù)（Phytoremediation）是利用植物及其

9、根系微生物群落的吸收富集能力，實(shí)現(xiàn)土壤或淺層地下水中污染物的去除。近年來，該技術(shù)多用于土壤重金屬污染的修復(fù)，并已在鉛、鎳、鋅和鎘的修復(fù)上取得了顯著成果46-50。 （8）地下水循環(huán)(xnhun)井技術(shù) 地下水循環(huán)井技術(shù)（Groundwater Circulation Well，GCW）是基于有機(jī)污染物的揮發(fā)性，將修復(fù)工藝(gngy)系統(tǒng)集成在井內(nèi)，通過曝氣、抽提和吹脫過程(guchng)實(shí)現(xiàn)對(duì)污染組分的去除。循環(huán)井的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于修復(fù)范圍廣，適用于地下飽和區(qū)和非飽和區(qū)的修復(fù)；無地表排放和處理過程，節(jié)約成本；可以和多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用。2012 年，白靜3對(duì)循環(huán)井修復(fù) NAPL 污染效果進(jìn)行了研究

10、，結(jié)果表明，硝基苯和萘的去除率分別達(dá)到 71.2%和 64.9%，苯的濃度低于檢測(cè)限，這說明循環(huán)井技術(shù)對(duì)于強(qiáng)揮發(fā)、中等揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物均能進(jìn)行有效的治理修復(fù)。 （9）原位微生物修復(fù)技術(shù) 原位微生物修復(fù)（In situ bio-remediation）是指向污染的地下環(huán)境中注入微生物，通過土著微生物和外源微生物的降解作用處理污染的土壤及地下水。生物修復(fù)過程是污染物自然衰減過程的強(qiáng)化，因此終產(chǎn)物對(duì)環(huán)境具有無害性。1985年，紐約利用微生物技術(shù)修復(fù)某汽油泄漏污染場(chǎng)地，在為期 21 個(gè)月的修復(fù)過程中，生物作用去除的污染物占總?cè)コ康?72%，修復(fù)后，場(chǎng)地汽油含量低于檢測(cè) （10）原位反應(yīng)帶技術(shù)

11、原位反應(yīng)帶技術(shù)（IRZ，Suthersan, S.S）是指通過向地下注入化學(xué)試劑或微生物來創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)區(qū)域，用來截留、固定或者降解地下水中的污染組分。該技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)地的工程應(yīng)用過程為：在污染源地下水下游方向設(shè)置注入井（井排），通過重力流入或壓力注入的方式使反應(yīng)試劑進(jìn)入到地下環(huán)境，并在注入井（井排）周圍形成反應(yīng)帶，當(dāng)污染物隨地下水流過反應(yīng)帶時(shí)與反應(yīng)試劑發(fā)生作用，從而達(dá)到去除污染組分、修復(fù)污染地下水的目的。原位反應(yīng)帶能否成功創(chuàng)建主要取決于兩點(diǎn)：一是注入的反應(yīng)試劑對(duì)污染物的處理能力，無論是對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行截留、永久固定還是徹底降解，都需要根據(jù)目標(biāo)污染組分的種類和性質(zhì)選擇合適的反應(yīng)試劑，反應(yīng)試劑的

12、正確選擇是反應(yīng)帶對(duì)污染物發(fā)揮作用的基礎(chǔ)條件；二是反應(yīng)試劑在地下環(huán)境中的生物地球化學(xué)作用對(duì)反應(yīng)帶污染物修復(fù)的影響，根據(jù)修復(fù)反應(yīng)的需要，優(yōu)化反應(yīng)試劑的生物地球化學(xué)過程可以大大提高修復(fù)效果。 原位反應(yīng)帶技術(shù)(jsh)在地下水污染修復(fù)中的主要優(yōu)勢(shì)有：1）主要成本支出為注入井的建造，不需要抽取和處理系統(tǒng)，省去了昂貴(nggu)的設(shè)施費(fèi)用；2）注入(zh r)的反應(yīng)試劑濃度較低，反應(yīng)帶運(yùn)行過程中，只需定時(shí)取樣對(duì)地下水污染物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此技術(shù)的運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低；3）修復(fù)范圍不受污染羽深度限制，對(duì)于深層地下水污染，可以通過設(shè)置集群注入井使反應(yīng)帶到達(dá)更深的位置。4）設(shè)施簡(jiǎn)單，其運(yùn)行對(duì)周圍環(huán)境干擾較小。3 用

13、蔗糖改性的納米鐵原位反應(yīng)帶技術(shù)處理硝基苯污染地下水硝基苯是有機(jī)合成中間體和苯胺的重要基礎(chǔ)原料，主要用于染料、炸藥、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，每年生產(chǎn)量龐大，據(jù)統(tǒng)計(jì)4，1994 年全球硝基苯生產(chǎn)總量達(dá)到 200 萬噸，且各國生產(chǎn)量呈逐年上升態(tài)勢(shì)。 硝基苯生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水是地下水中硝基苯的主要來源，其中，洗滌廢水是最大的硝基苯污染源，其中硝基苯含量可高達(dá) 2000mg/L，由于其中含有苯、硝酸鹽、硫酸鹽等多種成分，使其具有更大的污染風(fēng)險(xiǎn)。除此之外，硝基苯在貯存、加工和輸送過程中產(chǎn)生的泄漏也會(huì)造成地下水的嚴(yán)重污染，全球每年排入環(huán)境的硝基苯超過 10000 噸，硝基苯屬于持久性有機(jī)污染污染物，其在環(huán)境中的

14、不斷積累對(duì)飲用水安全和人類健康均構(gòu)成巨大威脅。 硝基苯是硝基芳香族化合物的一種，為淡黃色油狀液體，具有苦杏仁氣味，它不溶于水，易溶于乙醚、乙醇和苯等有機(jī)溶劑中。硝基苯化學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定(wndng)，不容易分解，屬難生物降解(shn w jin ji)化合物，但在一定反應(yīng)(fnyng)條件下，可被還原為重氮鹽、偶氮苯和苯胺等。硝基苯常由發(fā)煙硝酸和濃硫酸的混合液與苯反應(yīng)制取硝基苯具有“三致”（致癌、致畸和致突變）性，人體可通過空氣、地表水、地下水和生物累積等途徑暴露于硝基苯危害中，環(huán)境中的硝基苯可通過皮膚接觸與吸入等途徑進(jìn)入生物體內(nèi)，其體內(nèi)總滯留率達(dá)到 80%。國內(nèi)外大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明硝基苯進(jìn)入生物

15、體內(nèi)嚴(yán)重影響肝脾等臟器功能，并對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷，其臨床表現(xiàn)主要為頭暈乏力、惡心、口唇紫紺，重者出現(xiàn)抽搐、昏迷、肝功能衰竭等癥狀。 硝基苯毒性作用機(jī)理為： 形成高鐵血紅蛋白，降低血液攜氧能力，從而導(dǎo)致機(jī)體缺氧；腦組織缺氧會(huì)造成腦干和小腦的破壞，造成神經(jīng)系統(tǒng)損傷； 通過氧化還原等代謝途徑，產(chǎn)生大量致癌性自由基及中間體； 使紅細(xì)胞中的珠蛋白變性，紅細(xì)胞滲透性和脆性增加，在脾內(nèi)甚至血管內(nèi)溶血，損害肝脾臟器。 我國國家標(biāo)準(zhǔn)急性毒性實(shí)驗(yàn)中將硝基苯劃分為低毒污染物，然而由于其對(duì)環(huán)境及人體的巨大潛在危險(xiǎn)性，許多國家和組織已將硝基苯列為優(yōu)先控制污染物，并對(duì)其環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn)濃度進(jìn)行嚴(yán)格限定：我國地下水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

16、規(guī)定在生活飲用水源地特性區(qū)域內(nèi)，硝基苯環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為17g/L；俄羅斯飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中硝基苯濃度限值為 20g/L5；美國國家環(huán)保局將硝基苯的安全標(biāo)準(zhǔn)定為 17g/L, 而各州水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)較國家標(biāo)準(zhǔn)則更為嚴(yán)格5。 目前，國內(nèi)外對(duì)硝基化合物污染地下水的修復(fù)(xif)技術(shù)，常用的主要有泥漿阻截墻技術(shù)、活性炭吸附法、化學(xué)氧化法、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)（PRB）和微生物法等，這些方法常因施工量大、修復(fù)成本高、修復(fù)周期長等原因限制了技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)地中的應(yīng)用。以可滲透反應(yīng)墻技術(shù)為例，將鐵屑作為 PRB 的填充材料修復(fù)(xif)地下水硝基苯污染是經(jīng)濟(jì)高效的方法，然而，鐵屑本身粒徑較大，加上裝置長期運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量鐵氧化物

17、，這些都會(huì)影響墻體滲透性，使 PRB 很難長期高效運(yùn)行，導(dǎo)致修復(fù)后期效果不理想。因此，根據(jù)硝基芳香類污染物性質(zhì)，尋求更有效的反應(yīng)材料和地下水修復(fù)方法，是目前該類污染物污染控制與修復(fù)研究中亟待解決的問題。原位反應(yīng)帶技術(shù)作為一種新興的原位修復(fù)技術(shù)逐漸被人們認(rèn)識(shí)。該技術(shù)是指通過向污染的地下環(huán)境中注入適合的反應(yīng)試劑或微生物，在污染區(qū)域創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)反應(yīng)帶，將污染物質(zhì)截留、固定或徹底降解，從而到達(dá)修復(fù)地下水污染的目的。針對(duì)污染物性質(zhì)，選擇合適的反應(yīng)試劑是該技術(shù)成功運(yùn)行的關(guān)鍵，在實(shí)際應(yīng)用中，反應(yīng)試劑通常為傳統(tǒng)的氧化劑、還原劑、螯合劑或微生物，而納米材料在環(huán)境領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用為該修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用拓展(tu zh

18、n)了更大的空間。納米材料具有粒徑小、比表面積大、反應(yīng)活性高的特點(diǎn)，對(duì)于多種環(huán)境污染物都有良好的去除能力，而利用合適材料改性后的納米顆粒克服了自身容易團(tuán)聚的不足，使顆粒比表面積和反應(yīng)能力大大提高，因而獲得了更大的應(yīng)用價(jià)值。有人選擇高濃度、難降解的硝基苯作為目標(biāo)污染物，使用蔗糖改性納米鐵還原硝基苯反應(yīng)機(jī)理及影響因素，并通過對(duì)蔗糖改性納米鐵遷移行為的研究，明確了其遷移機(jī)理、特性及反應(yīng)帶形成規(guī)律，最后利用蔗糖改性納米鐵原位反應(yīng)帶處理硝基苯污染含水層，對(duì)反應(yīng)帶修復(fù)效果、影響因素及滲透性變化進(jìn)行研究，取得良好效果6。此為原位反應(yīng)帶技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供更多理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，為硝基苯污染地下水的原位修復(fù)提供新的方法技術(shù)。結(jié)論(jiln)新興(xnxng)的納米修復(fù)(xif)、植物修復(fù)和化學(xué)修復(fù)正越來越受到關(guān)注，受有機(jī)污染的地下水的研究正深入展開，然而我國的地下水的修復(fù)在實(shí)踐中的應(yīng)用仍需一段時(shí)日，隨著地下水污染狀況的加劇，從技術(shù)手段加強(qiáng)末端治理顯得力不從心，真正從源頭控制礦業(yè)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)污染源對(duì)地下水的污染尤為重要。參考文獻(xiàn)1 Zhang Y, Yang M, Huang X. Arsenic(v) remov