地下水污染控制技術研究進展(共8頁)

1、地下水污染(wrn)控制技術研究進展摘要(zhiyo):地下水作為主要飲用水和農田灌溉水，在我國的經濟發(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)、農藥化肥流失和工業(yè)廢棄物的處置不當，無時無刻不在加重地下水的污染趨勢。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，而納米材料具有粒徑小、比表面積大、反應活性高的特點，對于多種環(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聚的不足，使顆粒比表面積和反應能力大大提高，因而獲得了更大的應用價值，對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污染的土壤進行治理具有良好的

2、效果。關鍵字：地下水污染 原位反應帶 納米鐵 改性1 引言自20世紀中期以來，地下水污染問題引起了國內外研究者的廣泛關注和重視，其研究方向主要包括地下水污染風險預測評價，地下水污染調查監(jiān)測與分析，地下水污染控制修復，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技術作為治理地下水污染保護地下水資源和生態(tài)環(huán)境安全的直接有效手段，一直是國內外研究的重點。本領域發(fā)文數(shù)量最多的是納米技術，其次為生物修復技術、自然衰減技術、原位氧化技術和滲透反應格柵技術。從文獻發(fā)表數(shù)量的變化趨勢來看，自然衰減技術、原位氧化技術和滲透反應格柵技術近年來發(fā)文數(shù)量基本保持穩(wěn)定，說明該類技術的理論研究已較為成熟，而納

3、米技術的發(fā)文數(shù)量自2006年起呈快速增長的趨勢，說明該技術為本領域現(xiàn)階段研究的重點。根據美國超級基金修復項目報告的統(tǒng)計結果1，原位修復技術( 包括生物修復、化學修復、空氣擾動等)監(jiān)測自然衰減和抽出處理為美國目前應用數(shù)量最多的技術類型，其中，抽出處理及監(jiān)測自然衰減的使用量在近年來逐漸下降，而原位修復技術( 以生物修復、化學修復、納米技術等為代表)的使用數(shù)量穩(wěn)步增長，表明原位修復技術為今后研究和應用的重點。3 地下水有機污染(wrn)常用修復技術 eq oac(,1)異位修復(xif)方法 抽取處理技術是去除有機物污染應用(yngyng)最為廣泛的一種修復方法，該技術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、化學和生物方法對抽出液進行處理，處理后的地下水可回灌或直接排放。抽取處理技術雖應用廣泛，但由于含水層中污染物的反向擴散，會使修復過程出現(xiàn)濃度拖尾，導致修復周期較長，采用這種方法修復地下水有機污染至其達到健康標準，可能需要幾十年甚至數(shù)百年2。異位修復方法需要開挖土體或抽取地下水，因而修復成本較高，且該過程受污染場地水文地質條件和污染范圍的限制，對復雜含水層無法進行有效的修復。 eq oac(,2)原位修復方法 (1)原位氧化技術 原位氧化技術（In Situ Oxidation，ISCO）是將芬頓試劑、過氧化氫、高錳酸鹽等強氧化劑注入到地下環(huán)境，與污染物發(fā)生氧化反應，將

5、其氧化為無害物質或危害性較小的穩(wěn)定性化合物。該技術通常用于污染源的修復，具有反應速度快、操作簡單、修復成本低等優(yōu)點，20052008 年間，美國有近 40 個超級基金限。 （2）原位沖洗技術 原位沖洗技術（In situ flushing）是根據污染物種類性質，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入到沖洗液中，或直接與沖洗液發(fā)生化學反應，從而達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。該技術多用于污染源污染物的去除，而對于溶解性和揮發(fā)性污染羽的修復效果不理想。 （

6、3）原位熱處理技術 原位熱處理技術（Thermal treatment in situ）是采用直接或間接的加熱方式對污染土壤或地下水進行加熱，使有機污染物被破壞或揮發(fā)的處理過程，轉化為氣相的污染物質通過收集井抽出后進行廢氣處理。原位熱處理技術多用于非水相液體（NAPLs）污染物的去除，加熱方式通常采用電阻加熱、射頻加熱、熱傳導和注入熱水、水蒸氣等。相對于異位處理技術，原位熱處理可大大節(jié)省工程成本，但是修復時間相對較長，且受地下土壤及含水層性質影響較大，修復效果具有不均勻性。 （4）原位空氣擾動(rodng)技術 原位空氣(kngq)擾動技術（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)進入氣相，并在空氣的攜帶下逐步上升進入包氣帶，再利用抽提井對氣相污染物進行收集，從而達到修復目的。該技術具有高效、易操作、對周圍環(huán)境干擾小的特點，因而被認為是去除(q ch)飽和污染地下水和土壤中揮發(fā)性有機污染物的最有效方法。但該技術不能在承壓含水層中使用，且修復效果受非均質介質影響明顯，大量空氣的注入也存在導致污染羽范圍增大的風險。 （5）土壤氣相抽提技術 土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）也稱“土壤通風”或“真空抽提”，是針對地下包氣帶中揮發(fā)性有機污染物修復的一種原位修復技術。一般是利用真空設備對包氣帶中氣體進行抽提，空氣在負壓作用下流經污

8、染土壤，并攜帶污染物質向上運動，經抽取裝置抽出后進行地面處置。 （6）可滲透反應墻技術 可滲透反應墻技術（Permeable Reaction Barrier，PRB）興起于 20 世紀 90年代，是在地下水污染的下游設置一個充填反應材料的原位處理墻，污染地下水在流經反應墻的過程中，污染物質被反應材料降解或固定，從而達到去除或降低污染物濃度的目的。該技術具有處理污染物范圍廣、不需要持續(xù)能量供給、修復費用低的特點，但在實際應用中，反應材料選擇不當和反應過程生成的沉淀會引起填充介質的堵塞，導致墻體很難長期有效運行。 （7）植物修復技術 植物修復技術（Phytoremediation）是利用植物及其

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

10、，結果表明，硝基苯和萘的去除率分別達到 71.2%和 64.9%，苯的濃度低于檢測限，這說明循環(huán)井技術對于強揮發(fā)、中等揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物均能進行有效的治理修復。 （9）原位微生物修復技術 原位微生物修復（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。生物修復過程是污染物自然衰減過程的強化，因此終產物對環(huán)境具有無害性。1985年，紐約利用微生物技術修復某汽油泄漏污染場地，在為期 21 個月的修復過程中，生物作用去除的污染物占總去除量的 72%，修復后，場地汽油含量低于檢測 （10）原位反應帶技術

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

12、正確選擇是反應帶對污染物發(fā)揮作用的基礎條件；二是反應試劑在地下環(huán)境中的生物地球化學作用對反應帶污染物修復的影響，根據修復反應的需要，優(yōu)化反應試劑的生物地球化學過程可以大大提高修復效果。 原位反應帶技術(jsh)在地下水污染修復中的主要優(yōu)勢有：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)的設施費用；2）注入(zh r)的反應試劑濃度較低，反應帶運行過程中，只需定時取樣對地下水污染物濃度進行監(jiān)測，因此技術的運行費用相對較低；3）修復范圍不受污染羽深度限制，對于深層地下水污染，可以通過設置集群注入井使反應帶到達更深的位置。4）設施簡單，其運行對周圍環(huán)境干擾較小。3 用

13、蔗糖改性的納米鐵原位反應帶技術處理硝基苯污染地下水硝基苯是有機合成中間體和苯胺的重要基礎原料，主要用于染料、炸藥、醫(yī)藥、農業(yè)等行業(yè)，每年生產量龐大，據統(tǒng)計4，1994 年全球硝基苯生產總量達到 200 萬噸，且各國生產量呈逐年上升態(tài)勢。 硝基苯生產過程中產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 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險。除此之外，硝基苯在貯存、加工和輸送過程中產生的泄漏也會造成地下水的嚴重污染，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污染污染物，其在環(huán)境中的

14、不斷積累對飲用水安全和人類健康均構成巨大威脅。 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、乙醇和苯等有機溶劑中。硝基苯化學結構相對穩(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(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入生物體內，其體內總滯留率達到 80%。國內外大量動物實驗表明硝基苯進入生物

15、體內嚴重影響肝脾等臟器功能，并對神經系統(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。 硝基苯毒性作用機理為： 形成高鐵血紅蛋白，降低血液攜氧能力，從而導致機體缺氧；腦組織缺氧會造成腦干和小腦的破壞，造成神經系統(tǒng)損傷； 通過氧化還原等代謝途徑，產生大量致癌性自由基及中間體； 使紅細胞中的珠蛋白變性，紅細胞滲透性和脆性增加，在脾內甚至血管內溶血，損害肝脾臟器。 我國國家標準急性毒性實驗中將硝基苯劃分為低毒污染物，然而由于其對環(huán)境及人體的巨大潛在危險性，許多國家和組織已將硝基苯列為優(yōu)先控制污染物，并對其環(huán)境安全標準濃度進行嚴格限定：我國地下水環(huán)境質量標準

16、規(guī)定在生活飲用水源地特性區(qū)域內，硝基苯環(huán)境水質標準為17g/L；俄羅斯飲用水水質標準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準定為 17g/L, 而各州水質標準較國家標準則更為嚴格5。 目前，國內外對硝基化合物污染地下水的修復(xif)技術，常用的主要有泥漿阻截墻技術、活性炭吸附法、化學氧化法、可滲透反應墻技術（PRB）和微生物法等，這些方法常因施工量大、修復成本高、修復周期長等原因限制了技術在實際場地中的應用。以可滲透反應墻技術為例，將鐵屑作為 PRB 的填充材料修復(xif)地下水硝基苯污染是經濟高效的方法，然而，鐵屑本身粒徑較大，加上裝置長期運行會產生大量鐵氧化物

17、，這些都會影響墻體滲透性，使 PRB 很難長期高效運行，導致修復后期效果不理想。因此，根據硝基芳香類污染物性質，尋求更有效的反應材料和地下水修復方法，是目前該類污染物污染控制與修復研究中亟待解決的問題。原位反應帶技術作為一種新興的原位修復技術逐漸被人們認識。該技術是指通過向污染的地下環(huán)境中注入適合的反應試劑或微生物，在污染區(qū)域創(chuàng)建一個或多個反應帶，將污染物質截留、固定或徹底降解，從而到達修復地下水污染的目的。針對污染物性質，選擇合適的反應試劑是該技術成功運行的關鍵，在實際應用中，反應試劑通常為傳統(tǒng)的氧化劑、還原劑、螯合劑或微生物，而納米材料在環(huán)境領域的廣泛應用為該修復技術的應用拓展(tu zh

18、n)了更大的空間。納米材料具有粒徑小、比表面積大、反應活性高的特點，對于多種環(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?？朔俗陨砣菀讏F聚的不足，使顆粒比表面積和反應能力大大提高，因而獲得了更大的應用價值。有人選擇高濃度、難降解的硝基苯作為目標污染物，使用蔗糖改性納米鐵還原硝基苯反應機理及影響因素，并通過對蔗糖改性納米鐵遷移行為的研究，明確了其遷移機理、特性及反應帶形成規(guī)律，最后利用蔗糖改性納米鐵原位反應帶處理硝基苯污染含水層，對反應帶修復效果、影響因素及滲透性變化進行研究，取得良好效果6。此為原位反應帶技術的實際應用提供更多理論依據和技術參數(shù)，為硝基苯污染地下水的原位修復提供新的方法技術。結論(jiln)新興(xnxng)的納米修復(xif)、植物修復和化學修復正越來越受到關注，受有機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在實踐中的應用仍需一段時日，隨著地下水污染狀況的加劇，從技術手段加強末端治理顯得力不從心，真正從源頭控制礦業(yè)、工業(yè)、農業(yè)污染源對地下水的污染尤為重要。參考文獻1 Zhang Y, Yang M, Huang X. Arsenic(v) remov