地下水污染修复技术

地下水污染修复技术前情背景：我国地下水现状及问题几种地下水污染修复技术物理修复技术化学修复技术生物修复技术PRB-可渗透反应墙结语及展望•沿海地区的海(咸)水入侵、工业废水及生活废水的大量排放、农田化肥及石油化工产品的渗漏都会造成地下水的污染•世界卫生组织的调查表明，全世界每年至少有1500万人死于水污染引起的疾病。同时，我国又是一个严重缺水的国家，水资源人均占有量仅为2300m3，仅相当于世界人均占有量的四分之一。物理修复技术一地下水曝气技术（Airsparging，AS）是从土壤抽气技术（Soilvaporextraction，SVE）发展而来的。•SVE技术是利用真空泵产生负压使空气流过受污染的土壤层进入空气井，挥发性有机污染物会随着流动的空气被抽提出来。•AS技术正是在此基础上，将空气井深入含水层饱水带中把负压抽气改为正压曝气，使空气扰动水体而促进有机物的挥发。•AS是去除土壤和地下水中挥发性和半挥发性有机物的最有效方法之一二电动修复技术是利用电动效应将污染物从土壤和地下水中去除的原位修复技术。•电动效应包括电渗析、电迁移和电泳。电渗析是在外加电场作用下土壤孔隙水的运动，主要去除非离子态污染物；电迁移是离子或络合离子向相反电极的移动，主要去除地下水中的带电离子；电泳是带电粒子或胶体在直流电场作用下的迁移，主要去除吸附在可移动颗粒上的污染物。化学修复技术•化学修复技术主要是利用氧化还原试剂与土壤及地下水中污染物发生反应从而达到净化效果的一种地下水污染原位修复技术，常见的有原位化学氧化技术。•原位化学氧化（In-situchemicaloxidation，ISCO）是将化学氧化剂引入到地下，通过氧化还原作用来去除土壤和地下水中的污染物。ISCO技术所采用的氧化剂种类很多，如二氧化氯、Fenton试剂、高锰酸钾和臭氧等。•二氧化氯通常以气体的形式直接注入污染区，氧化其中的有机污染物，在反应过程中几乎不生成致癌性的三氯甲烷和挥发性有机氯。•高锰酸钾是一种固体氧化剂，具有较大的水溶性，可通过水溶液的形式导入受污染的土壤和地下水中。高锰酸钾适用的pH范围较广，它不仅对三氯乙烯和四氯乙烯等含氯溶剂有很好的氧化效果，且对烯烃、酚类、硫化物和MTBE等其他污染物也很有效。•臭氧以气体的形式通过注射井进入污染区。臭氧的强氧化性不仅可以氧化大分子及多环类有机污染物，也可氧化分解柴油、汽油、含氯溶剂等生物修复技术•生物修复技术是一种通过微生物的吸收、吸附、降解等作用净化土壤及地下水中污染物的原位修复技术。常用的技术有原位生物处理技术。•地下水原位生物处理技术是一种在饱水带利用土著或人工驯化的微生物降解污染物的原位修复方法•该方法实际上是监测自然衰减技术的拓展与改进，它增加了许多人为干预手段，如将空气、营养、能量物质注入含水层中促进微生物的降解等。可渗透反应格栅修复技术•可渗透反应格栅（Permeablereactivebarriers，PRB）又称可渗透反应墙•应用背景可渗透反应墙是目前在欧美等许多发达国家新兴起来的用于原位去除地下水及土壤中污染组分的方法。早在20世纪80年代,采用可渗透反应墙技术处理污水体中的污染组分的思想就由美国环保局所提出,但直到90年代,该技术才一步步推广起来。目前,在欧美一些发达国家,已对其进行了大量的试验及工程技术研究,并已逐步开始投入商业应用,取得了不错的效果,在我国仍处于实验摸索阶段。可渗透反应墙的概念和原理PRB(PermeableReactiveBarrier)是一种被动的原位修复技术，根据美国环保局(USEPA，1998)发行的《污染物修复的PRB技术》手册的定义，PRB技术是指在地下安装活性材料墙体以便拦截污染物羽状体，使污染羽状体通过反应介质后，其污染物能转化为环境接受的另一种形式，从而实现使污染物浓度达到环境标准的目标。PRB由透水的反应介质组成，通常将其置于地下水污染羽状物的下游，当污染地下水通过PRB时，通过产生沉淀、吸附、氧化还原等作用来去除水体中的污染物，从而得到清洁的地下水连续墙式PRB(continuouswallPRB)连续墙式PRB即在污染地下水下游区域内安装渗透墙，此种结构适于处理地下水污染的羽状体较小的情况，墙体必须囊括整个羽状体的宽度和深度。同时,墙体的厚度也必须保证污染物通过墙体内介质(活性材料)处理后其浓度能达到规定的环境标准。连续墙式PRB结构比较简单,且不改变地下水的自然流向为弥补连续墙式PRB在处理大型地下水污染羽状体上的不足，人们提出了隔水漏斗—导水门式PRB。隔水漏斗—导水门式PRB将隔水漏斗嵌入隔水层中，引导地下水流进入导水门，将水流汇聚后再通过渗透反应介质进行处理，从而防止污染羽状体通过渗流进入下游未污染区域。隔水漏斗—导水门式PRB的反应区域小，在墙体材料被沉淀、微生物的堵塞时易清除和更换，因而更适合现场治理。PRB技术的优势•采用传统的泵抽出处理方法,需将地下水泵抽取,然后在地上进行处理,同时需要运输、清理、储存、管理,工程所占面积及所需的耗费都比较大•PRB技术与传统的地下水修复技术相比，无需将地下水用泵抽取至地面后在进行处理，不占地面空间，从而减少了运输、清理、管理的费用。实践表明，采用该技术的运转费用相当低廉，是一项值得研究和推广的用于土壤及地下水修复的创新技术。PRB反应材料的选取•通过研究显示，为了确保PRB系统的有效性，反应材料必须满足三个基本条件：•(1)污染组分与反应材料之间应有一定的物理、化学或生物反应性，污染组分能全部被清除；•(2)反应材料应能易于大量获得，以确保处理系统能长期有效地发挥功用；•(3)反应材料不应产生二次污染。地下水污染物多以重金属和有毒有害的有机物为主，所以①对污染物吸附降解能力强，活性保持时间长；②在水力和矿化作用下保持稳定；③与污染物及地下水反应时无有毒有害的副反应物产生；④在地下水环境下及发生反应时具有较强的抗腐蚀性；⑤墙体渗透系数是含水层渗透系数的2倍以上甚至更多，以保证墙体安装后不会影响当地的水文地质条件；⑥力度均匀且利于施工安装。•综上，活性材料：活性炭、沸石、石灰石、粘土矿物、煤炭、离子交换树脂、铁氧化物，氢氧化物、磷酸盐以及城市堆肥，木屑等有机材料，而其中得到最广泛应用的材料是零价铁，因其能够降解和吸附多种重金属以及有机物质，且原料容易获得，经济价值高，从而得到了广泛的重视。•利用零价铁去除污染物的机理主要利用其还原性与地下水中的金属离子以及拥有氧化作用的有机物发生氧化还原反应，从而使重金属以单质或者其他不可溶的物质析出，使有害的有机物降解，从而改善地下水环境。•举例一般认为其去除六价铬的机理分二步：一为铁将六价铬还原为三价铬，二为三价铬生成三种不同形式的难溶物沉淀(Cr(OH)、CrxFel—x(OH)。、CrxFel-xOOH)，并吸附于零价铁表面被氧化生成的氧化铁上PRB技术的限制性•首先PRB技术不能保证污染物的处理效果，即带有一定的随机性。其次，随着地下水中的污染物在墙体表面不断积累，使得墙体活性材料逐渐失去活性，所以需要定期的更换活性物质，以保证处理效率。而更换下来的活性材料需作为有害废弃物加以处置。•如果该装置用来处理金属的污染问题，那么就很难确定该活性物质在多长的时间内对有毒金属的固定作用有效；也就很难弄清哪些环境条件可以导致被固定的金属重新活化。而且，若零价铁等活性物质的浓度过高，就有可能溢出，从而造成新的环境污染问题。•再次，在其设计施工过程中，受地下水水流以及地质环境的影响较大。此外，现今国内的PRB技术研究多停留在其推广的可能上，对其机理的深入研究较少，从而导致该技术面向污染物单一，改进工艺较少的局面的产生。•五种地下水污染修复技术性能比较；•PRB所填充的活性介质种类多样，则可用于修复多种污染物污染的地下水，该技术具有处理时间短、不破坏生态环境、安装操作简便、能耗低、处理成本低等特点，结语与展望•目前，地下水污染问题在一定程度上得到了缓解，但离最终的解决还存在着较远的差距。再加之，地下水资源日益短缺且社会发展对水资源需求量不断扩大，修复被污染的地下水使其成为可用资源则成了当前最重要的课题之一。地下水的污染修复问题将越来越受到重视和长足的发展地下水污染原位修复技术以其独特的优势从上个世纪末迅猛发展至今，对其未来的发展方向可以总结如下：•（1）针对每项技术自身的改进和完善。例如PRB,现有研究成果和应用实例很多，但一些反应机理至今尚不清晰，而且应用受水文地质条件的限制较大，难点修复裂隙水污染。•多项地下水污染原位修复技术的复合应用研究。地下水污染原位修复的每项技术都具有各自的特点和优势，应结合污染现场情况，取长补短、综合利用，选择恰当的技术组合形式。如原位化学氧化技术，为了避免应用过程中对生态环境可能造成的二次污染，可以组合原位生物处理技术或PRB技术协同应用。•地下水污染原位修复技术与其他修复技术的复合应用研究。能够合理组合不同技术类型进行应用，必将事半功倍。•总之，地下水污染原位修复技术是一种有效可行的地下水污染修复技术，具有广阔的发展前景珍爱生命之源谢谢观赏