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地下水为人类提供着宝贵的水源,也是自然界水循环与水资源的重要组成部分。目前,我国有400余个城市以地下水为供水水源,有些城市地下水甚至成为唯一的供水水源。然而城市化进程的加快及工业的迅猛发展,矿产资源的开采、冶炼等环节,地下水重金属污染问题日益突显。重金属污染分布和特点问题,国内外有学者已进行相关研究。重金属污染与矿产资源的开采、冶炼密切相关,如在湖南、陕西、青海等矿石开采业较为发达的省份,部分地区地下水重金属超标严重。
地下水污染尤其是重金属污染的问题已经引起国内学者的关注,但目前重金属污染评价及治理的研究主要集中在土壤、地表水与沉积物,关于地下水重金属污染的较少。地下水关乎人民健康,重金属污染事件一旦出现,其造成的危害无法估量,因此研究出针对地下水重金属污染治理的技术迫在眉睫。
本文将地下水重金属污染的修复技术分为异位修复技术和原位修复技术2大类。目前研究及应用中,地下水重金属污染的修复技术主要以原位修复为主,因此重点介绍了抽出-处理技术及几种原位修复技术,并结合实际工程应用,对各技术的优缺点进行比较。值得关注的是原位生物修复技术中,Geobacter和Shewanella等微生物在特定条件下课产生纳米线,可远距离传输电子,大大提高了降解效率。
1、污染现状
乔晓辉等对华北平原地下水重金属污染分布特征,研究区地下水PH为5.4-9.4,平均为7.721,Fe含量超标严重,平均高于GB5749-2006标准300μg/L;Se、Cr含量部分地区出现超标,超标率分布为3.54%和1.77%。张兆吉等的研究也发现,华北平原地区有7.6%的地下水遭受重金属污染,其中砷、铅等重金属呈点状分布;其中又以铅污染最为严重,砷含量普遍较高,浅层、深层地下水砷超标率分别达12.97%、5.12%。
张妍等研究黄河下游引黄灌区地下水重金属污染水平以及健康风险评价,调查鲁、豫两省11种重金属元素(Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Pb、Se和Zn)含量,其中Fe、Mn、Zn和Se出现超标现象,发现饮水和皮肤暴露途径中,Cr污染对个人年风险均影响最大,但低于最大可接受风险。
文冬光等对我国东部主要平原地区开展地下水质量与污染评价,发现重金属检出普遍,呈点污染特征,超标率0.2%-9.3%,其中砷、镉、铅超标率分别为9.3%、3.5%和1.5%。
地下水中重金属来源有多种途径,一是含有重金属的生活污水和未经处理的工矿废水,排放入河流,经过灌溉进入地下水而造成地下水环境污染,如金属电镀、采矿、化肥生产、电子电池生产,造纸以及农药的生产等;二是金属矿山开采与冶炼活动,大量岩石裸露地表,进入到矿区及周边地区的地表水体及地下水体含有大量重金属元素。
按照污染场地划分,地下水污染场地分为工业、市政、农业及特殊污染场地。其中重金属污染场地主要是含重金属的工业污废水排放污染场地、工业固体废弃物填埋污染堆放场地、矿产开采污染场地。目前修复技术主要针对的是工业类的污染场地修复。
重金属是一类典型的环境污染物,其相对原子质量在63.5-200.6,密度大于5.0,包括汞、镉、铅、铬和类金属砷等生物毒性显著的重元素,及锌、铜、钴、镍、锡等具有一定毒性的一般重金属。水中重金属以多种形式存在,主要有离子交换态、金属盐结合态、有机物结合态和残渣态等,其中以结合态、交换态的毒性最大,残存态的活性毒性最小,如甲基汞要比汞的其他形态毒性要强。
重金属不易被生物降解,可在身为体内富集,如重金属Cd元素是致癌物质,进入人体后能长时间滞留,在生物体内的半衰期长达20-40a。汞可与生物体内蛋白质中的巯基高度亲和,生成硫醇盐,进而抑制蛋白质的合成。Cd会导致骨矿密度降低,增加骨折发生机率,人体摄入过量会引起各器官一系列病变。
重金属元素本身的富集性及不可降解性,地下水的不断迁移和循环,以及含水介质的差异性和复杂性,多种因素造成地下水重金属污染具备如下特点:污染早期不易被觉察,污染范围难以圈定。
2、修复技术
国内外已对地下水重金属污染进行调研,并对典型重金属去除方法取得一定成果。如抽出-地表处理技术、植物修复技术等。目前治疗重金属地下水污染的途径主要有2种:1种是改变金属离子存在形态,使其变成单质或者化合物沉淀,增强其稳定性,降低其在环境中的迁移性;另1种是改变金属离子价态,大大降低其毒性。修复技术可分为异位修复技术和原位修复技术2大类。
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