【技术聚焦】土壤地下水的前世今生 环境人都戳进来补补知识点

农业方面，由于化肥、农药的大量使用造成的土壤地下水污染问题也越来越多，比如氮、磷污染引起的水体富营养化，再比如过度施肥导致土地结块造成硝酸根污染地下水的问题。美国虽在早期就禁止使用DDT，但如今部分使用地区地下水中依然存在。另一方面，污水灌溉作为农业灌溉的重要组成部分，长期利用含有污染组分的污水进行灌溉也会造成土壤地下水环境恶化。比如2013年5月中国广东发现的含镉毒大米一度引起轰动，镉通常通过废水排入环境中，再通过灌溉进入食物，而水稻是典型的“受害作物。

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生活排污污染问题

注：图片来源 [21]

城镇居民区每天排放大量生活污水和固体垃圾，其中包括含碳水化合物、氮、磷、硫等微生物营养元素的有机物和多种病原微生物。当这些污染物进入水体后，造成水中溶解氧大量消耗，在厌氧菌作用下容易产生恶臭物质，同时造成病原菌和病毒的滋生与蔓延。其次药品和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products，缩写为PPCPs)等一大批新兴污染物正在成为严重污染源，它们会通过渗透等途径进入水体，最终通过饮用水和食物危害人体健康。

土壤地下水修复技术

在实际的修复项目中，污染情况往往比较复杂，针对不同的污染种类及场地的具体情况，往往需要综合地选择合适的修复技术，最终形成系统的场地修复方案。按照是否将污染源进行清挖后处理分为原位修复技术和异位修复技术，前者不需要挖掘和输送土壤，因此可节约处理成本，但其通常需要较长的实施周期，且由于土壤及含水层存在差异性，不能保证处理的一致性;后者所需的修复周期相对较短，且可通过匀化、筛分、连续搅拌等手段更好地控制处理的一致性，但其需挖掘土壤，因此所需费用较高且需增加工程设施。按照处理介质又可分为土壤修复技术和地下水修复技术，按照技术原理主要分为物理化学技术、生物技术、热处理技术等。

1重金属污染修复技术

随着社会经济的发展，大量工业活动，如化工、采矿、冶金等行业的扩展，重金属污染物随着工业废气、废水，矿山尾矿等的不当处置，逐渐累积到土壤地下水中。其中最常见的污染包括铅(Pb)，铬(Cr)，砷(As)，锌(Zn)，镉(Cd)，铜(Cu)，汞(Hg)和镍(Ni)。目前国内外主要采用物理、化学和生物修复方法，主要的修复途径包括两种，一种是通过改变重金属形态，使其固定或钝化从而降低其在环境中的迁移性和生物可利用性;另一种是从土壤中直接去除重金属，或使其存留浓度接近或达到土壤重金属背景值或标准。

固化/稳定化是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法，主要是通过向土壤中加入添加剂(固化剂 )从而改变土壤的理化性质。通过重金属的吸附或共沉淀作用改变其在土壤中的存在形态，从而降低其生物有效性和迁移性。最常用的固化稳定剂是水泥，其他常用稳定剂还包括飞灰、石灰和沥青等。该处理技术的费用较低廉，修复周期较短，对于一些非敏感的项目此技术可大大降低污染治理成本。但此技术不会降低污染物的毒性，修复后的土壤无法恢复原状，难进一步利用。此工艺不但可以应用于重金属污染，其应用还包括，石棉、放射性物质等无机物以及农药/除草剂、石油或多环芳烃类等有机化合物的修复。

植物修复技术作为另一种常用土壤重金属修复技术，近年来在国内外也有了广泛的研究应用。该技术是将某种对特定金属元素有吸收富集能力的植物种植在重金属污染的土壤上，通过植物富集重金属后并妥善处理(如灰化回收) 后，将该种重金属移出土体，从而达到污染治理的目的。植物修复技术有修复周期较长，且收到气候地质条件限制较大的缺点，但与传统的物化和工程修复等技术相比，具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染的优点。其他土壤重金属技术还包括土壤淋洗和电动修复。这两种技术对于大面积的土壤污染修复经济可行性较低，但都具有周期短，效率高的特定，在国外已有成功案例，工程应用也趋于成熟，我国技术发展较晚，对于这两项技术，廉价环境友好型淋洗剂如天然有机酸和表面活性剂是未来淋洗剂发展的方向，降低电动修复的成本，提高重金属的移动性是电动修复的主要研究方向。

针对地下水的重金属污染修复往往可分为原位修复技术及异位修复技术。

1. 抽出处理技术从20世纪80年代发展至今，仍是地下水修复的重要异位修复技术。抽出处理技术可主要分为地下水动力控制过程和地上污染物处理过程。通过在污染场地布设水井及水泵，将污水送至地上处置装置(如污水处理场)进行处置。经过处置的污水也可以排入地表径流、回灌到地下或用于当地供水等 。

2. 典型的地下水原位修复技术包括，渗透性反应墙，原位生物修复技术，原位化学修复技术和植物修复技术等。渗透性反应墙技术的工程设施及安装操作相对简单，有效降低了修复后期的运转及维护费用。但是，与抽出处理技术相比较，渗透性反应墙技术工程设施投资较大，且修复方案一旦实施，设施安装于地下后就很难再对方案做出改动。原位化学氧化/还原技术，用于地下水重金属污染拥有去除率高、修复周期较短、成本较低等优点，也常于其他修复技术联合使用。最常用的还原剂是零价铁(ZVI)，用于一些金属/准金属如铬，砷和铀等。而对于地下水化学氧化技术的应用，常用化学氧化剂有臭氧、过 氧化氢、高锰酸钾、二氧化氯及Fenton试剂等。但氧化剂在地下水中有效作用时间一般较短以及氧化剂本身的健康与安全问题等问题很大程度限制了此技术的发展。

2有机物污染修复技术

土壤地下水中有机污染物主要包括挥发性有机污染物和半挥发性有机污染物。常见的土壤地下水有机污染物的主要种类包括：石油烃类污染物、卤代烃类污染物，农药类污染物、多环芳烃、多氯联苯、二恶英、邻苯二甲酸酯等有机污染物。下面本文将着重介绍污染物修复技术及氯代烃类污染物修复技术。

石油污染

石油污染是指在石油的开采、炼制、贮运、使用过程中原油和各种石油制品进入环境而造成的污染。土壤中石油主要成分为C15～C36的烷烃、多环芳香烃等，石油的污染会造成土壤有机质、微生物群落的变化，破话土壤生态环境。石油烃也会随土壤水分迁移而达地下含水层从而污染地下水，经过地下水的输送与使用而危害人类健康。常用的修复技术可分为物理法、化学法和生物法。

土壤气相抽提技术是一种应用广泛的物理修复技术，主要通过抽气使土壤中高浓度的挥发性污染物挥发至气相中，并收集于地上处理从而降低土壤中石油污染物的含量。该技术具有可操作性强 、处理污染物范围宽、不破坏土壤结构及可回收利用废物等优点，是目前使用较为广泛的技术之一。但该技术受土壤性质限制较大，对于低渗透性场地的处理效果差。

微生物修复技术与植物修复技术作为生物修复技术具有环境友好且费用低廉的优势，但此类技术还是局限于修复周期长、效率低等缺点。高效石油分解菌和植物降解植株的培育也是未来此类技术的发展热点。 热脱附技术处理通过将污染物直接或间接地暴露在高温中，通过对系统的控制选择性地促使一些挥发性有机物气化挥发，从而使石油污染物与土壤颗粒分离，去除。该技术在国外广泛应用，技术发展也已较为成熟。近年来，国内热脱附技术以其效率高，修复速度快等优点逐渐受到重视，其但能耗高，后续尾气处理等问题仍需进一步优化。与地下水重金属污染问题类似，针对石油烃类引起的地下水污染问题修复技术也可以分为原位修复技术与异位修复技术。抽出处理技术仍是常用的异位处理手段，原位修复技术则可结合土壤处理运用气体抽提技术、化学氧化技术及生物修复技术等。在美国，空气吹脱修复技术也发展成熟，该技术是在一定的压力条件下，将压缩空气注入污染场地，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。 在实际应用中，空气吹脱技术往往与抽提技术相组合使用。

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