地下水修復

地下水是人類寶貴的淡水資源，但隨着社會工業化進程的不斷髮展，廢水排放、工業廢渣、農業灌溉、填埋場泄漏、石化原料的運輸管線和儲罐的破損等都有可能造成地下水污染，使原本緊張的水資源短缺問題更加嚴重，而且給人居健康、食品安全、飲用水安全、區域生態環境、經濟社會可持續發展甚至社會穩定構成嚴重威脅與挑戰，地下水修復已成為當前備受公眾和社會關注的環境問題。

污染地下水的修復技術包括抽提技術、氣提技術、空氣吹脱技術、生物修復技術、滲透反應牆技術、原位化學修復等。

抽提處理是採用水泵將地下水抽出來，在地面得到合理的淨化處理，並將處理後的水重新注入地下或排入地表水體。這種處理方式對抽取出來的水中污染物能夠進行高效去除，但不能保證全部地下水尤其是岩層中的污染物得到有效去除。

利用真空泵和井，在受污染區域利用負壓誘導或正壓產生氣流，將吸附態、溶解態或自由相的污染物轉變為氣相，抽提到地面，然後再進行收集和處理。典型的氣提系統包括抽提井、真空泵、濕度分離裝置、氣體收集裝置、氣體淨化處理裝置和附屬設備等。

氣提技術的主要優點包括：① 能夠原位操作，比較簡單，對周圍干擾小；② 有效去除揮發性有機物；③ 在可接受的成本範圍內，能夠處理較多的受污染地下水；④ 系統容易安裝和轉移；⑤ 容易與其他技術組合使用。在美國，氣提技術幾乎已經成為修復受加油站污染的地下水和土層的“標準”技術。氣提技術適用於滲透性均質較好的地層。

空氣吹脱是在一定的壓力條件下，將壓縮空氣注入受污染區域，將溶解在地下水中的揮發性化合物，吸附在土顆粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驅趕出來。空氣吹脱包括三個過程：① 現場空氣吹脱；② 揮發性有機物的揮發；③ 有機物的好氧生物降解。相比較而言，吹脱和揮發作用進行較快，而生物降解進程緩慢。在實際應用中，通常將空氣吹脱技術與氣提技術組合，得到單一技術無法達到的效果。

生物修復是利用微生物降解地下水中污染物，並將其最終轉化為無機物質的技術，分為原位強化生物修復法和生物反應器法。原位強化生物修復是在污染土壤不被攪動情況下，在原位和易殘留部位之間進行處理。這個系統主要是將抽提地下水系統和回注系統（注入空氣或H₂O₂、營養物和已馴化的微生物）結合起來，來強化有機污染物的生物降解。而生物反應器的處理方法是強化生物修復方法的改進，就是將地下水抽提到地上部分用生物反應器加以處理的過程。近年來，生物反應器的種類得到了較大的發展。連泵式生物反應器、連續循環升流牀反應器、泥漿生物反應器等在修復污染的地下水方面已初見成效。

滲透反應牆技術是近年來迅速發展的適用於地下水污染的原位修復技術，又稱為活性滲濾牆。它是在污染物區域下游設置具有高滲透性的活性材料牆體，使得污染水中的污染物被截留並得到處理，地下水得到淨化。美國環保局（UNEP）將PRB定義為一個填充有活性材料的被動反應區，當含有污染物的地下水在天然水力坡度下通過預先設計好的介質時，溶解的有機物、金屬、核素等污染物能被降解、吸附、沉澱或去除。屏障中含有降解揮發性有機物的還原劑、固定金屬的絡（螯）合劑、微生物生長繁殖所需的營養物和氧氣或其他物質。其中，活性材料選擇是PRB修復效果良好與否的關鍵。活性材料通常要求具有以下特性：

① 對污染物吸附降解能力強，活性保持時間長；

② 在天然地下水條件下保持穩定；

③ 牆體變形較小；

④ 抗腐蝕性較好；

⑤ 材料穩定性好，生態安全性良好，不能導致有害副產品進入地下水。

當前，實驗室研究的活性材料，主要有：用於物理吸附的活性炭、沸石、有機黏土；用於化學吸附的磷酸鹽、石灰石、零價鐵和生物作用的微生物材料等。最常用的材料為零價鐵。

與傳統的地下水處理技術相比較，PRB技術是一個無需外加動力的被動系統。特別是該處理系統的運轉在地下進行，不佔地面空間，比原來的泵抽取技術要經濟、便捷。PRB一旦安裝完畢，除某些情況下需要更換牆體反應材料外，幾乎不需要其他運行和維護費用。實踐表明，與傳統的地下水抽出再處理方式相比，該基礎操作費用至少節約30%以上。

化學還原修復技術是利用化學還原劑將污染環境中的污染物質還原從而去除的方法，多用於地下水的污染治理，是在歐美等發達國家新興起來的用於原位去除污染水中有害組分的方法，主要修復地下水中對還原作用敏感的污染物，如鉻酸鹽、硝酸鹽和一些氯代試劑，通常反應區設在污染土壤的下方或污染源附近的含水土層中。根據採用的不同還原劑，化學還原修復法可以分為活潑金屬還原法和催化還原法。前者以鐵、鋁、鋅等金屬單質為還原劑，後者以氫氣及甲酸、甲醇等為還原劑，一般都必須有催化劑存在才能使反應進行。常用的還原劑有SO₂、H₂S氣體和零價Fe膠體等。其中零價Fe膠體是很強的還原劑，能夠還原硝酸鹽為亞硝酸鹽、氮氣或氨氮。零價Fe膠體能夠脱掉很多氯代試劑中的氯離子，並將可遷移的含氧陰離子和含氧陽離子轉化成難遷移態。零價Fe既可以通過井注射，又可以放置在污染物流經的路線上，或者直接向天然含水土層中注射微米甚至納米零價Fe膠體。

電化學動力修復技術是利用電動力學原理對土壤及地下水環境進行修復的一種綠色修復新技術，可以用來清除一些有機污染物和重金屬離子，具有環境相容性、多功能適用性、高選擇性、適於自動化控制、運行費用低等特點。在電動修復過程中，金屬和帶電荷的離子在電場的作用下發生定向遷移，然後在設定的處理區進行集中處理；同時在電極表面發生電解反應，陽極電解產生氫氣和氫氧根離子，陰極電解產生氫離子和氧氣，而對於大多數非極性有機污染物，則通過電滲析的方式去除。近年來，電化學動力修復技術越來越多地和其他技術或輔助材料相結合，如超聲技術 ^[2]  。