地下水污染

　　地表以下地層復(fù)雜，地下水流動(dòng)極其緩慢，因此，地下水污染具有過程緩慢、不易發(fā)現(xiàn)和難以治理的特點(diǎn)。地下水一旦受到污染，即使徹底消除其污染源，也得十幾年，甚至幾十年才能使水質(zhì)復(fù)原。至于要進(jìn)行人工的地下含水層的更新，問題就更復(fù)雜了。

　由于礦體、礦化地層及其他自然因素引起地下水某些組分富集或貧化的形象，稱為“礦化”或“異常”，不應(yīng)視為污染。

地表以下地層復(fù)雜，地下水流動(dòng)極其緩慢，因此,地下水污染具有過程緩慢、不易發(fā)現(xiàn)和難以治理的特點(diǎn)。地下水一旦受到污染，即使徹底消除其污染源，也得十幾年，甚至幾十年才能使水質(zhì)復(fù)原。至于要進(jìn)行人工的地下含水層的更新，問題就更復(fù)雜了。

　　地下水污染是由于人為因素造成地下水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。地下水污染的原因主要有：工業(yè)廢水向地下直接排放，受污染的地表水侵入到地下含水層中，人畜糞便或因過量使用農(nóng)藥而受污染的水滲入地下等。污染的結(jié)果是使地下水中的有害成分如酚、鉻、汞、砷、放射性物質(zhì)、細(xì)菌、有機(jī)物等的含量增高。污染的地下水對(duì)人體健康和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有危害。

　　地下水污染與地表水污染有一些明顯的不同：由于污染物進(jìn)入含水層，以及在含水層中運(yùn)動(dòng)都比較緩慢，污染往往是逐漸發(fā)生的，若不進(jìn)行專門監(jiān)測(cè)，很難及時(shí)發(fā)覺；[2]發(fā)現(xiàn)地下水污染后，確定污染源也不像地表水那么容易。更重要的是地下水污染不易消除。排除污染源之后，地表水可以在較短時(shí)期內(nèi)達(dá)到凈化；而地下水，即便排除了污染源，已經(jīng)進(jìn)入含水層的污染物仍將長(zhǎng)期產(chǎn)生不良影響。

　　污染物來源

　　進(jìn)入地下水的污染物有來自人類活動(dòng)的，有來自自然過程的。生活污水和生活垃圾會(huì)造成地下水的總礦化度、總硬度、硝酸鹽和氯化物含量的升高，有時(shí)也會(huì)造成病原體污染。工業(yè)廢水和工業(yè)廢物可使地下水中有機(jī)和無機(jī)化合物的濃度增加。農(nóng)業(yè)施用的化肥和糞肥，會(huì)造成大范圍的地下水硝酸鹽含量增高。農(nóng)藥對(duì)地下水的污染較輕，且僅限于淺層。農(nóng)業(yè)耕作活動(dòng)可促進(jìn)土壤有機(jī)物的氧化，如有機(jī)氮氧化為無機(jī)氮（主要是硝態(tài)氮），隨滲水進(jìn)入地下水。天然的咸水會(huì)使地下天然淡水受咸水污染等。[3]硝酸鹽是地下水的主要污染物質(zhì)，其來源有二。一是地表污廢水放，通過河道滲漏污染地下水；城市化糞池、污水管的泄漏以及垃圾堆的雨水淋溶等。這一類污染源具有點(diǎn)污染的特征。二是農(nóng)業(yè)面源污染，農(nóng)耕區(qū)過多施用氮肥，其中約有12.5%～45%的氮從土壤中流失，造成農(nóng)耕區(qū)地下水硝酸鹽的含量嚴(yán)重超標(biāo)。隨著化肥的廣泛使用，硝酸鹽污染將成為一個(gè)世界性的問題，在美國(guó)對(duì)10多萬口水井的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有6%的水井硝酸鹽含量超過標(biāo)準(zhǔn)，20%的水井氨氮含量超標(biāo)。中國(guó)進(jìn)行調(diào)查的57座城市中，地下水氮超標(biāo)的有46座。硝酸鹽污染可以導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，嬰兒畸形及癌癥等疾病。對(duì)地下水構(gòu)成威脅的還有石油、石油化工產(chǎn)品及各種有機(jī)合成化學(xué)物質(zhì)。

　　石油和石油化工產(chǎn)品，經(jīng)常以非水相液體（NAPL）的形式污染土壤、含水層和地下水。當(dāng)NAPL的密度大于水的密度時(shí)，污染物將穿過地表土壤及含水層到達(dá)隔水底板，即潛沒在地下水中，并沿隔水底板橫向擴(kuò)展；當(dāng)NAPL密度小于水的密度時(shí)，污染物的垂向運(yùn)移受阻于地下水面，只能沿地下水面（主要在水的非飽和帶）橫向廣泛擴(kuò)展。NAPL可被孔隙介質(zhì)長(zhǎng)期束縛，其可溶性成分還會(huì)逐漸擴(kuò)散至地下水中，成為一種持久性的污染源。這類污染通常因地下油罐泄漏造成。20世紀(jì)90年代初，北京某地發(fā)生一起惡性柴油泄漏事件，78t柴油在一周內(nèi)全部滲入包氣帶和潛水含水層，致使附近的水源并遭受嚴(yán)重污染，水廠被迫停產(chǎn)，影響供水范圍波及36k㎡。有機(jī)合成化學(xué)物質(zhì)則主要來源于危險(xiǎn)廢物處置場(chǎng)所的淋溶和滲漏。中國(guó)科學(xué)院對(duì)京津唐地區(qū)地下水有機(jī)污染物的初步調(diào)查表明，該地區(qū)地下水中有機(jī)物種類達(dá)133種。有機(jī)污染物在地下水中含量甚微，但許多有機(jī)物毒性很大，足以引起各種健康問題。有機(jī)污染物進(jìn)入包氣帶和含水層后，不僅其殘留物可以維持?jǐn)?shù)十乃至上百年，長(zhǎng)期污染環(huán)境，而且其降解中間產(chǎn)物亦會(huì)污染環(huán)境，某些中間產(chǎn)物甚至具有更大的毒性。

　　此外，用灌注并孔的辦法人工補(bǔ)給地下水時(shí)，如果回灌水含有細(xì)菌或毒物，將造成嚴(yán)重后果；利用污水灌溉農(nóng)田而又處理不當(dāng)時(shí)，也會(huì)使大范圍的潛水受到影響。

　　污染方式

　　地下水污染方式可分為直接污染和間接污染兩種。直接污染的特點(diǎn)是污染物直接進(jìn)入含水層，在污染過程中，污染物的性質(zhì)不變。這是對(duì)地下水污染的主要方式。間接污染的特點(diǎn)是，地下水污染并非由于污染物直接進(jìn)入含水層引起的，而是由于污染物作用于其他物質(zhì)，使這些物質(zhì)中的某些成分進(jìn)入地下水造成的。例如，由于污染引起的地下水硬度的增加、溶解氧的減少等。間接污染過程復(fù)雜，污染原因易被掩蓋，要查清污染來源和途徑較為困難。

　　污染途徑

　　地下水污染途徑是多種多樣的，大致可歸為四類：①間歇入滲型。大氣降水或其他灌溉水使污染物隨水通過非飽水帶，周期地滲入含水層，主要是污染潛水。淋濾固體廢物堆引起的污染，即屬此類。②連續(xù)入滲型。污染物隨水不斷地滲入含水層，主要也是污染潛水。廢水聚集地段（如廢水渠、廢水池、廢水滲井等）和受污染的地表水體連續(xù)滲漏造成地下水污染，即屬此類。③越流型。污染物是通過越流的方式從已受污染的含水層（或天然咸水層）轉(zhuǎn)移到未受污染的含水層（或天然淡水層）。污染物或者是通過整個(gè)層間，或者是通過地層尖滅的天窗，或者是通過破損的井管，污染潛水和承壓水。地下水的開采改變了越流方向，使已受污染的潛水進(jìn)入未受污染的承壓水，即屬此類。④徑流型。污染物通過地下徑流進(jìn)入含水層，污染潛水或承壓水。污染物通過地下巖溶孔道進(jìn)入含水層，即屬此類。

　　污染類型

　　我國(guó)地下水污染劃分為以下四個(gè)類型；一是地下淡水的過量開采導(dǎo)致沿海地區(qū)的海（咸）水入侵；二是地表污（廢）水排放和農(nóng)耕污染造成的硝酸鹽污染；三是石油和石油化工產(chǎn)品的污染；四是垃圾填埋場(chǎng)滲漏污染。其中，農(nóng)耕污染具有量大面廣的特征，未經(jīng)利用的氮肥在經(jīng)過地層時(shí)通過生物或化學(xué)轉(zhuǎn)化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，長(zhǎng)期飲用這種污染的地下水將可能導(dǎo)致氰紫癥、食道癌等疾病的發(fā)生。

　　中國(guó)現(xiàn)狀

　　城市地下水過半遭嚴(yán)重污染

　　中國(guó)水資源總量的1/3是地下水，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的專家在國(guó)際地下水論壇的發(fā)言中提到，全國(guó)90%的地下水遭受了不同程度的污染，其中60%污染嚴(yán)重。據(jù)新華網(wǎng)報(bào)道，有關(guān)部門對(duì)118個(gè)城市連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，約有64%的城市地下水遭受嚴(yán)重污染，33%的地下水受到輕度污染，基本清潔的城市地下水只有3%。[4]曾獲“綠色中國(guó)年度人物”的北京公眾環(huán)境研究中心負(fù)責(zé)人馬軍說，飲用水源地所受污染尤其重金屬污染、持久性有機(jī)物污染很難被傳統(tǒng)水處理工藝消滅，飲用水源地的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)成本，不僅大于水廠升級(jí)改造成本，也大于城市管網(wǎng)改造成本。[4]編輯本段預(yù)防保護(hù)

　　應(yīng)以預(yù)防為主。為此，必須進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)地下水遭受污染，就應(yīng)及時(shí)采取措施，防微杜漸。最好是盡量減少污染物進(jìn)入地下含水層的機(jī)會(huì)和數(shù)量，諸如污水聚積地段的防滲，選擇具有最優(yōu)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的地點(diǎn)排放廢物等。

　　治理技術(shù)

　　地下水污染治理技術(shù)歸納起來主要有：物理處理法、水動(dòng)力控制法、抽出處理法、原位處理法。

　　物理法

　　物理法是用物理的手段對(duì)受污染地下水進(jìn)行治理的一種方法，概括起來又可分為：

　?、倨帘畏ㄔ摲ㄊ窃诘叵陆⒏鞣N物理屏障，將受污染水體圈閉起來，以防止污染物進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延。常用的灰漿帷幕法是用壓力向地下灌注灰漿，在受污染水體周圍形成一道帷幕，從而將受污染水體圈閉起來。其他的物理屏障法還有泥漿阻水墻、振動(dòng)樁阻水墻、板樁阻水墻、塊狀置換、膜和合成材料帷幕圈閉法等，原理都與灰漿帷幕法相似?？偟膩碚f，物理屏蔽法只有在處理小范圍的劇毒、難降解污染物時(shí)才可考慮作為一種永久性的封閉方法，多數(shù)情況下，它只是在地下水污染治理的初期，被用作一種臨時(shí)性的控制方法。

　?、诒粍?dòng)收集法該法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道，在溝內(nèi)布置收集系統(tǒng)，將水面漂浮的污染物質(zhì)如油類污染物等收集起來，或?qū)⑺惺芪廴镜叵滤占饋硪员闾幚淼囊环N方法。被動(dòng)收集法一般在處理輕質(zhì)污染物(如油類等)時(shí)比較有效，它在美國(guó)治理地下水油污染時(shí)得到過廣泛的應(yīng)用。

　　水動(dòng)力控制法

　　水動(dòng)力控制法是利用井群系統(tǒng)，通過抽水或向含水層注水，人為地改變地下水的水力梯度，從而將受污染水體與清潔水體分隔開來。根據(jù)井群系統(tǒng)布置方式的不同，水力控制法又可分為上游分水嶺法和下游分水嶺法。上游分水嶺法是在受污染水體的上游布置一排注水井，通過注水井向含水層注入清水，使得在該注水井處形成一地下分水嶺，從而阻止上游清潔水體向下補(bǔ)給已被污染水體；同時(shí)，在下游布置一排抽水井將受污染水體抽出處理。而下游分水嶺法則是在受污染水體下游布置一排注水井注水，在下游形成一分水嶺以阻止污染羽流向下游擴(kuò)散，同時(shí)在上游布置一排抽水井，抽出清潔水并送到下游注入。同樣，水動(dòng)力控制法一般也用作一種臨時(shí)性的控制方法，在地下水污染治理的初期用于防止污染物的擴(kuò)散蔓延。

　　抽出處理法

　　抽出處理法是當(dāng)前應(yīng)用很普遍的一種方法，可根據(jù)污染物類型和處理費(fèi)用來選用，大致可分為三類：

　?、傥锢矸?。包括：吸附法、重力分離法、過濾法、反滲透法、氣吹法和焚燒法等。

　?、诨瘜W(xué)法。包括：混凝沉淀法、氧化還原法、離子交換法和中和法等。

　　③生物法。包括：活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法和土壤處置法等。受污染地下水抽出后的處理方法與地表水的處理相同，需要指出的是，在受污染地下水的抽出處理中，井群系統(tǒng)的建立是關(guān)鍵，井群系統(tǒng)要能控制整個(gè)受污染水體的流動(dòng)。處理后地下水的去向有兩個(gè)，一是直接使用，另一個(gè)則是用于回灌。用于回灌多一些的原因是回灌一方面可稀釋受污染水體，沖洗含水層；另一方面還可加速地下水的循環(huán)流動(dòng)，從而縮短地下水的修復(fù)時(shí)間。

　　原位處理法

　　原位處理法是地下水污染治理技術(shù)研究的熱點(diǎn)，不但處理費(fèi)用相對(duì)節(jié)省，而且還可減少地表處理設(shè)施，最大程度地減少污染物的暴露，減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，是一種很有前景的地下水污染治理技術(shù)。原位處理技術(shù)又包括物理化學(xué)處理法及生物處理法。

　　1①加藥法。通過井群系統(tǒng)向受污染水體灌注化學(xué)藥劑，如灌注中和劑以中和酸性或堿性滲濾液，添加氧化劑降解有機(jī)物或使無機(jī)化合物形成沉淀等。

　　②滲透性處理床。滲透性處理床主要適用于較薄、較淺含水層，一般用于填埋滲濾液的無害化處理。具體做法是在污染羽流的下游挖一條溝，該溝挖至含水層底部基巖層或不透水粘土層，然后在溝內(nèi)填充能與污染物反應(yīng)的透水性介質(zhì)，受污染地下水流入溝內(nèi)后與該介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成無害化產(chǎn)物或沉淀物而被去除。常用的填充介質(zhì)有：a.灰?guī)r，用以中和酸性地下水或去除重金屬；b.活性炭，用以去除非極性污染物和CCl4、苯等；c.沸石和合成離子交換樹脂，用以去除溶解態(tài)重金屬等。

　?、弁寥栏男苑?。利用土壤中的粘土層，通過注射井在原位注入表面活性劑及有機(jī)改性物質(zhì)，使土壤中的粘土轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)粘土。經(jīng)改性后形成的有機(jī)粘土能有效地吸附地下水中的有機(jī)污染物。

　?、軟_洗法。對(duì)于有機(jī)烴類污染，可用空氣沖洗，即將空氣注入到受污染區(qū)域底部，空氣在上升過程中，污染物中的揮發(fā)性組分會(huì)隨空氣一起溢出，再用集氣系統(tǒng)將氣體進(jìn)行收集處理；也可采用蒸汽沖洗，蒸汽不僅可以使揮發(fā)性組分溢出，還可以使有機(jī)物熱解；另外，用酒精沖洗亦可。理論上，只要整個(gè)受污染區(qū)域都被沖洗過，則所有的烴類污染物都會(huì)被去除。

　　⑤射頻放電加熱法。通入電流使污染物降解。原位物化法在運(yùn)用時(shí)需要注意的是堵塞問題，尤其是當(dāng)?shù)叵滤写嬖谥亟饘贂r(shí)，物化反應(yīng)易生成沉淀，從而堵塞含水層，影響處理過程的進(jìn)行。

　　2原位生物修復(fù)的原理實(shí)際上是自然生物降解過程的人工強(qiáng)化。它是通過采取人為措施，包括添加氧和營(yíng)養(yǎng)物等，刺激原位微生物的生長(zhǎng)，從而強(qiáng)化污染物的自然生物降解過程。通常原位生物修復(fù)的過程為：先通過試驗(yàn)研究，確定原位微生物降解污染物的能力，然后確定能最大程度促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的氧需要量和營(yíng)養(yǎng)配比，最后再將研究結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際。如今所使用的各種原位生物修復(fù)技術(shù)都是圍繞各種強(qiáng)化措施來進(jìn)行的，例如強(qiáng)化供氧技術(shù)大致有以下幾種：

　　①生物氣沖技術(shù)。該技術(shù)與原位物化法中的氣沖技術(shù)相似，都是將空氣注入受污染區(qū)域底部，所不同的是生物氣沖的供氣量要小一些，只要能達(dá)到刺激微生物生長(zhǎng)的供氣量即可。

　?、谌軞馑┭跫夹g(shù)。這是由維吉尼亞多種工藝研究所(VirginiaPolytechnicInstitute)的研究人員開發(fā)的技術(shù)，它能制成一種由2/3氣和1/3水組成的溶氣水，氣泡直徑可小到55μm。把這種氣水混合物注入受污染區(qū)域，可大大提高氧的傳遞效率。

　?、圻^氧化氫供氧技術(shù)。該技術(shù)是把過氧化氫作為氧源注入到受污染地下水中，過氧化氫分解以后產(chǎn)生氧以供給微生物生長(zhǎng)。過氧化氫常常要與催化劑一起注入，催化劑用以控制過氧化氫的分解速度，使之與微生物的耗氧速度相一致。

　　強(qiáng)化營(yíng)養(yǎng)物供應(yīng)的技術(shù)有滲透墻技術(shù)等。該技術(shù)是在污染區(qū)域內(nèi)垂直于地下水流方向建一道滲透墻，先將滲透墻內(nèi)的水抽出，添加營(yíng)養(yǎng)物后再回灌入滲透墻。這時(shí)，添加了營(yíng)養(yǎng)物的滲透墻就成了一個(gè)營(yíng)養(yǎng)物擴(kuò)散源，在滲透墻下游就會(huì)形成一個(gè)生物活躍區(qū)，從而強(qiáng)化了生物降解過程。

　　另外，強(qiáng)化措施還可以從微生物的角度入手?？梢韵仍诘乇碓O(shè)施中對(duì)微生物進(jìn)行選擇性培養(yǎng)，然后再通過注射井注入到受污染區(qū)域，或直接引進(jìn)商品化菌種，都可以起到強(qiáng)化生物降解過程的作用?？偟膩碚f，原位生物修復(fù)技術(shù)具體的工藝形式很多，但其原理無非都是自然生物降解過程的人工強(qiáng)化。一般情況下，原位生物修復(fù)要與井群系統(tǒng)配合運(yùn)行，即通過抽水井與注水井的配合，以加速地下水的流動(dòng)及氧和營(yíng)養(yǎng)物的擴(kuò)散，從而縮短處理時(shí)間。