地下水污染的控制与修复

地下水污染控制与修复赵勇胜吉林大学环境与资源学院2007年5月一、地下水污染的预防地下水污染的预警系统地下水污染的防治规划二、地下水污染场地的监测、控制和管理国际上地下水污染场地的管理地下水污染场地管理法规的建立三、地下水污染的控制与修复技术异位处理技术原位修复技术地下水污染修复技术效果分析地下水污染修复的终点四、地下水污染控制与修复的基本原则五、地下水污染调查的几点思考六、结语内容根据发达国家的经验，地下水一旦遭受污染，它的治理和恢复是非常困难的，治理费用巨大，所需的时间很长。如美国的超级基金（Superfund）项目是世界上规模最大、投资最多的环境污染修复计划，在20世纪的最后近20年里，美国在土壤和含水层污染治理方面的费用达到7500亿美元，仅清理油渗漏造成的土壤和地下水的污染费用就达1600亿美元，所以地下水污染应以预防和控制为主。一、地下水污染的预防地下水污染的预警系统地下水污染预警是指当自然力或人类活动作用于地下水环境时，对地下水及其环境发生的影响变化进行监测、分析、评价、预测，并确定其变化趋势及速度的动态过程后，适时给出相应级别的警戒信息，达到地下水污染预防的目的。根据预警理论，利用随机、非确定性模型对地下水水质进行预警，建立计算机软件系统，为合理利用和管理地下水资源提供依据。通过开发地下水的预警系统软件，使地下水监测资料的分析具有实时性、动态性的特点，同时也加强了地下水监测为国民经济的服务。此外还可以利用这一系统进行反馈分析，为地下水资源的保护和开发利用提供决策支持。一、地下水污染的预防一、地下水污染的预防地下水污染的防治规划•优先保护地下水饮用水源地，保护地下水现状使用功能，地下水系统保护完整性，地下水和地表水统筹兼顾。•评价地下水现实和潜在（或规划用途）利用价值，各种利用功能地下水空间分布。•制定国家地下水污染防治区划方案，确定重点流域、重点地区开展地下水污染防治区划。•确定地下水污染防治的分带，确定不同分带的污染防治等级。划分地下水污染防治的敏感带、缓冲带和一般带，并根据不同带提出相应的污染预防和控制措施。一、地下水污染的预防国际上地下水污染场地的管理发达国家对地下水污染的监测、控制和管理非常严格，已经形成了系统的法律法规来约束污染排放者的行为。从地下水污染的监测，到污染的控制和修复都有具体的要求和标准。•基于风险评价的污染场地控制和修复，对地下水污染场地进行人体健康或生态风险评价，根据风险评价的结果，最终确定地下水污染场地是否需要进行修复，采用何种技术进行修复等。•制定“地下水污染管制标准”、“地下水污染整治基准”等法规，以法律的形式来规范地下水污染场地的管理工作。二、地下水污染场地的监测、控制和管理一些国家和地区地下水污染场地的管理制定土壤及地下水污染整治法，对地下水污染场地实行较为严格的管理。二、地下水污染场地的监测、控制和管理地下水污染监测基准地下水污染管制标准地下水污染整治基准必须进行地下水污染监测的污染物浓度。进行地下水污染管制的限度。超过标准列为污染控制场址进行地下水污染整治的污染物限度。台湾地区地下水污染场地的管理地下水污染管制标准重金属8项：砷、镉、铬、铜、铅、汞、镍、锌单环芳香族碳氢化合物2项：苯、甲苯多环芳香族碳氢化合物1项：奈氯化碳氢化合物14项：四氯化碳、氯苯、氯仿、氯甲烷、1,4-二氯苯、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烯、顺-1,2-二氯乙烯、反-1,2-二氯乙烯、总酚、四氯乙烯、三氯乙烯、氯乙烯农药8项：2,4-地、加保扶、可氯丹、大利松、达马松、巴拉刈、巴拉松、毒杀芬一般项目2项：硝酸盐氮（以氮计）、亚硝酸盐氮（以氮计）二、地下水污染场地的监测、控制和管理我国地下水污染场地管理法规的建立我国目前已经开展了地下水污染的大调查，污染调查为地下水污染的控制和治理、地下水污染场地的监测和管理提供了基础依据。根据发达国家的经验，今后我国必然面临地下水污染场地的控制和修复问题。所以，需要我们及早开展相关的研究工作，探讨符合中国实际情况的地下水污染场地控制和修复的方法和技术。特别是首先要研究确定地下水污染场地控制、管理的法律法规，需要确定采用基于风险评价的污染场地管理还是基于制定一系列的控制标准来进行管理。有了地下水污染场地管理的法规，才能够保证这项工作的后续开展，包括地下水污染控制和修复技术的确定等。二、地下水污染场地的监测、控制和管理地下水污染场地的控制技术•屏障法•恢复收集法•水动力场综合方法三、地下水污染的控制与修复技术水力屏障法示意图三、地下水污染的控制与修复技术恢复收集法示意图三、地下水污染的控制与修复技术地下水污染场地的修复技术•异位修复技术污染土体开挖抽取-处理•原位修复技术污染土壤气体提取法井中汽提方法空气搅动法原位冲洗处理墙/反应带方法原位微生物处理自然衰减方法植物处理方法三、地下水污染的控制与修复技术1.异位处理技术•污染土体开挖方法对于污染范围较小的情形，可以采用开挖污染源处的污染土体，然后进行处理的方法来去除污染源。这一方法对于地下水污染的控制和治理效果很好，但对于污染面积较大的场地，污染土体的开挖去除往往不现实，难以进行。•抽取－处理方法先抽取已污染的地下水，然后在地表进行处理的方法。通过不断的抽取污染地下水，使污染晕的范围和污染程度逐渐减小，并使含水层介质中的污染质通过向水中转化而得到清除。目前，抽取－处理方法被应用于地下环境中易溶污染质的恢复和治理。有时需要注入表面活性剂来增强吸附在地层介质颗粒上的有机污染物的溶解性能，从而加快抽取—处理的速度。三、地下水污染的控制与修复技术三、地下水污染的控制与修复技术AirStrippingG.A.C.U.V.Oxidationetc.111121314151617181922-1.2-11.2-12.2-13.2-14.2-2.2-3.2-4.2-5.2-6.2-7.2-8.33-1.44-1.4-2.4-3.4-4.4-5.4-6.566-1.6-2.6-3.b-1b-2b-3b-4b-5b-61991532313G958G959G055G7425C1C2C3C5sbwbsjb抽水前地下水流场图(2006.3.8)抽水后地下水流场图(2006.4.2)1111213141517181922-1.2-11.2-12A2-13.2-14.2-2.2-3.2-4.2-5.2-6.2-7.2-8A3-1.44-1.4-2.4-3.4-4A4-5.4-6.566-2.6-3.b-1Ab-2b-3b-4b-5b-6C1C2C3C4C5C6C7C8S1BF13199715323G958G959G055G7425sbsjbwbsgcbf抽水井硝基苯浓度变化（2-5）抽水井苯浓度变化（2-5）抽水井苯胺浓度变化（2-5）048121620T(day)0100200300C(mg/L)048121620T(day)04080120C(mg/L)048121620T(day)0100200300C(mg/L)2.原位处理技术•污染土壤气体提取法污染土壤气体提取法(SVE)是对土壤挥发性有机污染进行原地恢复、处理的一种新的方法，它用来处理包气带中岩石介质的污染问题。使包气带土(或土－水)中的污染质进入气相，进而排出。微生物排气法（Bioventing），也是SVE的一种方法，它是在包气带中注入和抽取空气以增加地下氧气浓度，加速非饱和带微生物的降解。本方法可应用于所有可降解的污染物，但实际常应用于石油碳氢化合物污染的治理，而且已经有成功的实例。三、地下水污染的控制与修复技术三、地下水污染的控制与修复技术真空抽提鼓风机污染气体未污染气体处理填充介质原位处理技术•井中汽提方法使地下水在井中进行循环，挥发性有机物VOCs汽化，污染气体可以抽取在地表处理或进入包气带用微生物降解。2.原位处理技术•空气搅动法空气搅动方法包括：在含水层中注入气体（通常为空气或氧气）使地下水中污染物汽化，同时用增加地下氧气浓度的方法加速饱和带、非饱和带中的微生物降解作用。汽化后的污染物进入包气带，可用SVE系统进行处理。有时这种方法也称为微生物搅动（biosparging）用来强调微生物过程或表明微生物处理为主，挥发为辅的过程。空气搅动方法可以用来处理土壤、地下水中大量的挥发性、半挥发性污染物，如汽油、与BTEX成份有关的其它燃料，以及氯化溶剂。三、地下水污染的控制与修复技术三、地下水污染的控制与修复技术2.原位处理技术•原位冲洗把液体注入或渗入土壤、地下水污染带，在下游抽取地下水和冲洗混合液，然后再注入地下或进行地上处理。冲洗液可是水、表面活性剂、潜溶剂或其它物质。这种方法由于加强了对空隙的冲洗效果和作用，从而可以增大传统抽取-处理方法的处理效果。该方法的应用的成功与具体场地的情况密切相关。虽然该处理方法不受污染深度和位置的限制，但需要事先进行大量的资料收集和可行性研究。三、地下水污染的控制与修复技术2.原位处理技术•处理墙/反应带方法在污染源的下游开挖沟槽，然后充填反应介质，与流经的污染地下水进行反应，使污染物得到处理。用于反应的充填介质可以包括零价铁、微生物、活性碳、泥炭、蒙脱石、石灰、锯屑或其它物质。在处理墙中污染物的反应包括降解、吸附和沉淀等。有时，为了使污染了的地下水能够充分与处理墙的介质发生作用，往往采用“狭道和闸门”（funnelandgate）方法。Suthersan等（2002）采用地下反应带的方法来处理污染了的地下水，利用注入井在污染源的下游地带注入反应介质，形成一个“污染物的反应带”，污染物与注入的介质发生物理、化学和生物化学作用而使地下水中的污染物得以阻截、固定或降解。三、地下水污染的控制与修复技术2.原位处理技术•原位微生物处理如果微生物的选择、控制和营养的配比适当的话，几乎所有的有机污染质都可以被微生物降解。从二十世纪七十年代开始，人们进行污染含水层的微生物原位处理的研究，目前已有许多利用微生物进行原地处理的实例。绝大多数的微生物原位处理采用的是好氧模式(不排除特殊情况下的厌氧处理方法)。地下水中虽然具有氧气含量，但远不够微生物处理的需求。例如氧化1mg的汽油污染质在理论上需要2.5mg的氧气。因此这一处理方法需要把氧气和营养物质注入地下。三、地下水污染的控制与修复技术三、地下水污染的控制与修复技术营养物质,空气等2.原位处理技术•自然衰减方法当有机污染物泄漏进入土壤或地下水中，会存在一些天然过程来分解和改变这些化学物质。这些过程统称为自然衰减（Naturalattenuation），它包括土壤颗粒的吸附、污染质的微生物降解、在地下水中的稀释和弥散。由于土壤颗粒的吸附，使一些污染物不会迁移到场地以外，微生物降解是污染物分解的重要作用。稀释和弥散虽不能分解污染物，但可以有效地降低许多场地的污染风险。三、地下水污染的控制与修复技术三、地下水污染的控制与修复技术NaturalAttenuationBH1BH2BH3BH4BH5BH6BH7BH8GroundwaterFlowNO3-NH4SO4-H2SCH4DilutionBiodegradation2.原位处理技术•植物处理方法使用植物来净化污染了的土壤和地下水。其优点是利用植物天然能力去吸收、聚积和降解土壤和水环境中的污染物。研究结果表明，植物过程处理方法可应用于多种污染物的处理，包括多数金属和放射性物质，各种有机化合物（如氯化溶剂、BTEX、PCBs、PAHs、农药、杀虫剂炸药、营养物质和表面活性剂）。根据资料，该方法适用于大面积低到中等表面土层（0-3英尺）污染的治理;以及大量的水体低浓度污染问题，而且处理目标要求也不十分严格的情形。有五种植物处理方法：植物根部吸收法、植物吸取法、植物转化法、植物激化或植物辅助下的微生物降解、植物稳定方法。三、地下水污染的控制与修复技术3.地下水污染修复技术效果分析当污染物泄漏量较大，在污染初期采用抽取－处理方法非常有效，能够极大程度地减轻污染，去除污染物。但在地下水污染修复的后期，抽取－处理方法的效果越来越差。三、地