地下水污染

地下水污染是由於人為因素造成地下水質惡化的現象。地下水污染的原因主要有：工業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藥而受污染的水滲入地下等。污染的結果是使地下水中的有害成分如酚、鉻、汞、砷、放射性物質、細菌、有機物等的含量增高。污染的地下水對人體健康和工農業生產都有危害。

地表以下地層複雜，地下水流動極其緩慢，因此,地下水污染具有過程緩慢、不易發現和難以治理的特點。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復原。至於要進行人工的地下含水層的更新，問題就更復雜了。

地下水污染與地表水污染有一些明顯的不同：由於污染物進入含水層，以及在含水層中運動都比較緩慢，污染往往是逐漸發生的，若不進行專門監測，很難及時發覺；發現地下水污染後，確定污染源也不像地表水那麼容易。更重要的是地下水污染不易消除。排除污染源之後，地表水可以在較短時期內達到淨化；而地下水，即便排除了污染源，已經進入含水層的污染物仍將長期產生不良影響。

進入地下水的污染物有來自人類活動的，有來自自然過程的。

地下水污染方式可分為直接污染和間接污染兩種。直接污染的特點是污染物直接進入含水層，在污染過程中，污染物的性質不變。這是對地下水污染的主要方式。間接污染的特點是，地下水污染並非由於污染物直接進入含水層引起的，而是由於污染物作用於其他物質，使這些物質中的某些成分進入地下水造成的。例如，由於污染引起的地下水硬度的增加、溶解氧的減少等。間接污染過程複雜，污染原因易被掩蓋，要查清污染來源和途徑較為困難。 ^[2] 

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，週期地滲入含水層，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（或天然鹹水層）轉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。地下水的開採改變了越流方向，使已受污染的潛水進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入含水層，污染潛水或承壓水。污染物通過地下岩溶孔道進入含水層，即屬此類。 ^[2] 

我國地下水污染劃分為以下四個類型；一是地下淡水的過量開採導致沿海地區的海（鹹）水入侵；二是地表污（廢）水排放和農耕污染造成的硝酸鹽污染；三是石油和石油化工產品的污染；四是垃圾填埋場滲漏污染。其中，農耕污染具有量大面廣的特徵，未經利用的氮肥在經過地層時通過生物或化學轉化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，長期飲用這種污染的地下水將可能導致氰紫症、食道癌等疾病的發生。 ^[2] 

硝酸鹽是地下水的主要污染物質，其來源有二。

一是地表污廢水排放，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污染的特徵。

二是農業面源污染，農耕區過多施用氮肥，其中約有12.5%～45%的氮從土壤中流失，造成農耕區地下水硝酸鹽的含量嚴重超標。隨着化肥的廣泛使用，硝酸鹽污染將成為一個世界性的問題，在美國對10多萬口水井的調查發現，有6%的水井硝酸鹽含量超過標準，20%的水井氨氮含量超標。中國進行調查的57座城市中，地下水氮超標的有46座。硝酸鹽污染可以導致高鐵血紅蛋白症，嬰兒畸形及癌症等疾病。 ^[3] 

石油和石油化工產品，經常以非水相液體（NAPL）的形式污染土壤、含水層和地下水。當NAPL的密度大於水的密度時，污染物將穿過地表土壤及含水層到達隔水底板，即潛沒在地下水中，並沿隔水底板橫向擴展；當NAPL密度小於水的密度時，污染物的垂向運移受阻於地下水面，只能沿地下水面（主要在水的非飽和帶）橫向廣泛擴展。NAPL可被孔隙介質長期束縛，其可溶性成分還會逐漸擴散至地下水中，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90年代初，北京某地發生一起惡性柴油泄漏事件，78t柴油在一週內全部滲入包氣帶和潛水含水層，致使附近的水源並遭受嚴重污染，水廠被迫停產，影響供水範圍波及36k㎡。有機合成化學物質則主要來源於危險廢物處置場所的淋溶和滲漏。中國科學院對京津唐地區地下水有機污染物的初步調查表明，該地區地下水中有機物種類達133種。有機污染物在地下水中含量甚微，但許多有機物毒性很大，足以引起各種健康問題。有機污染物進入包氣帶和含水層後，不僅其殘留物可以維持數十乃至上百年，長期污染環境，而且其降解中間產物亦會污染環境，某些中間產物甚至具有更大的毒性。

此外，用灌注並孔的辦法人工補給地下水時，如果回灌水含有細菌或毒物，將造成嚴重後果；利用污水灌溉農田而又處理不當時，也會使大範圍的潛水受到影響。由於礦體、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”，不應視為污染。

城市地下水過半遭嚴重污染 ^[4] 

中國水資源總量的1/3是地下水，中國地質調查局的專家在國際地下水論壇的發言中提到，全國90%的地下水遭受了不同程度的污染，其中60%污染嚴重。據新華網報道，有關部門對118個城市連續監測數據顯示，約有64%的城市地下水遭受嚴重污染，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“綠色中國年度人物”的北京公眾環境研究中心負責人馬軍説，飲用水源地所受污染尤其重金屬污染、持久性有機物污染很難被傳統水處理工藝消滅，飲用水源地的產業轉型升級成本，不僅大於水廠升級改造成本，也大於城市管網改造成本。 ^[4] 

環境保護部、國土資源部、住房和城鄉建設部以及水利部聯合印發《華北平原地下水污染防治工作方案》，這是我國為解決日益嚴重的地下水污染問題邁出的重要一步。按照“預防為主、協同控制，分區防治、突出重點，加強監控、循序漸進”的原則，方案提出到2015年底，初步建立華北平原地下水質量和污染源監測網，基本掌握地下水污染狀況；加快華北平原地下水重點污染源和重點區域地下水污染防治。到2020年，全面監控華北平原地下水環境質量和污染源狀況，科學開展地下水污染修復示範，地下水環境監管能力全面提升，地下水污染風險得到有效防範。

隨着工業生產的高速發展，我國地下水污染的問題日益突出，地下水污染所帶來的對環境和經濟發展的影響也日趨顯露。為此，必須進行必要的監測，一旦發現地下水遭受污染，就應及時採取措施，防微杜漸。最好是儘量減少污染物進入地下含水層的機會和數量，諸如污水聚積地段的防滲，選擇具有最優的地質、水文地質條件的地點排放廢物等。因此，加強對地下水污染的治理和相應技術的開發就成為一種迫切的需要。地下水污染治理技術歸納起來主要有：物理處理法、水動力控制法、抽出處理法、原位處理法。 ^[5] 

物理法是用物理的手段對受污染地下水進行治理的一種方法，概括起來又可分為：

①屏蔽法

該法是在地下建立各種物理屏障，將受污染水體圈閉起來，以防止污染物進一步擴散蔓延。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牆、振動樁阻水牆、板樁阻水牆、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。總的來説，物理屏蔽法只有在處理小範圍的劇毒、難降解污染物時才可考慮作為一種永久性的封閉方法，多數情況下，它只是在地下水污染治理的初期，被用作一種臨時性的控制方法。 ^[5] 

②被動收集法

該法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道，在溝內佈置收集系統，將水面漂浮的污染物質如油類污染物等收集起來，或將所有受污染地下水收集起來以便處理的一種方法。被動收集法一般在處理輕質污染物(如油類等)時比較有效，它在美國治理地下水油污染時得到過廣泛的應用。 ^[5] 

水動力控制法是利用井羣系統，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。根據井羣系統佈置方式的不同，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佈置一排注水井，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給已被污染水體；同時，在下游佈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佈置一排注水井注水，在下游形成一分水嶺以阻止污染羽流向下游擴散，同時在上游佈置一排抽水井，抽出清潔水並送到下游注入。同樣，水動力控制法一般也用作一種臨時性的控制方法，在地下水污染治理的初期用於防止污染物的擴散蔓延。 ^[5] 

抽取和處理系統的目的包括對污染物羽流的水力控制以及從地下水中去除污染物。 ^[1]  抽出處理法是當前應用很普遍的一種方法，可根據污染物類型和處理費用來選用，大致可分為三類：

①物理法。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。

②化學法。包括：混凝沉澱法、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。受污染地下水抽出後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，井羣系統的建立是關鍵，井羣系統要能控制整個受污染水體的流動。處理後地下水的去向有兩個，一是直接使用，另一個則是用於回灌。用於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流動，從而縮短地下水的修復時間。 ^[5] 

原位處理法是地下水污染治理技術研究的熱點，不但處理費用相對節省，而且還可減少地表處理設施，最大程度地減少污染物的暴露，減少對環境的擾動，是一種很有前景的地下水污染治理技術。原位處理技術又包括物理化學處理法及生物處理法。 ^[5] 

1、物理化學處理法

①加藥法。通過井羣系統向受污染水體灌注化學藥劑，如灌注中和劑以中和酸性或鹼性滲濾液，添加氧化劑降解有機物或使無機化合物形成沉澱等。

②滲透性處理牀。滲透性處理牀主要適用於較薄、較淺含水層，一般用於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岩層或不透水粘土層，然後在溝內填充能與污染物反應的透水性介質，受污染地下水流入溝內後與該介質發生反應，生成無害化產物或沉澱物而被去除。常用的填充介質有：a.灰巖，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，用以去除溶解態重金屬等。

③土壤改性法。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改性物質，使土壤中的粘土轉變為有機粘土。經改性後形成的有機粘土能有效地吸附地下水中的有機污染物。 ^[5] 

④沖洗法。對於有機烴類污染，可用空氣沖洗，即將空氣注入到受污染區域底部，空氣在上升過程中，污染物中的揮發性組分會隨空氣一起溢出，再用集氣系統將氣體進行收集處理；也可採用蒸汽沖洗，蒸汽不僅可以使揮發性組分溢出，還可以使有機物熱解；另外，用酒精沖洗亦可。理論上，只要整個受污染區域都被沖洗過，則所有的烴類污染物都會被去除。

⑤射頻放電加熱法。通入電流使污染物降解。 原位物化法在運用時需要注意的是堵塞問題，尤其是當地下水中存在重金屬時，物化反應易生成沉澱，從而堵塞含水層，影響處理過程的進行。

2、生物處理法

原位生物修復的原理實際上是自然生物降解過程的人工強化。它是通過採取人為措施，包括添加氧和營養物等，刺激原位微生物的生長，從而強化污染物的自然生物降解過程。通常原位生物修復的過程為：先通過試驗研究，確定原位微生物降解污染物的能力，然後確定能最大程度促進微生物生長的氧需要量和營養配比，最後再將研究結果應用於實際。如今所使用的各種原位生物修復技術都是圍繞各種強化措施來進行的，例如強化供氧技術大致有以下幾種：

①生物氣衝技術。該技術與原位物化法中的氣衝技術相似，都是將空氣注入受污染區域底部，所不同的是生物氣衝的供氣量要小一些，只要能達到刺激微生物生長的供氣量即可。

②溶氣水供氧技術。這是由維吉尼亞多種工藝研究所(Virginia PolytechnicInstitute)的研究人員開發的技術，它能製成一種由2/3氣和1/3水組成的溶氣水，氣泡直徑可小到55 μm。把這種氣水混合物注入受污染區域，可大大提高氧的傳遞效率。

③過氧化氫供氧技術。該技術是把過氧化氫作為氧源注入到受污染地下水中，過氧化氫分解以後產生氧以供給微生物生長。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。 ^[5] 

強化營養物供應的技術有滲透牆技術等。該技術是在污染區域內垂直於地下水流方向建一道滲透牆，先將滲透牆內的水抽出，添加營養物後再回灌入滲透牆。這時，添加了營養物的滲透牆就成了一個營養物擴散源，在滲透牆下游就會形成一個生物活躍區，從而強化了生物降解過程。

另外，強化措施還可以從微生物的角度入手。可以先在地表設施中對微生物進行選擇性培養，然後再通過注射井注入到受污染區域，或直接引進商品化菌種，都可以起到強化生物降解過程的作用。 總的來説，原位生物修復技術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化。一般情況下，原位生物修復要與井羣系統配合運行，即通過抽水井與注水井的配合，以加速地下水的流動及氧和營養物的擴散，從而縮短處理時間。

1 禁止企業事業單位利用滲井、滲坑、裂隙和溶洞排放、傾倒含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物。

2 在無良好隔滲地層，禁止企業事業單位使用無防止滲漏措施的溝渠、坑塘等輸送或者存貯含有毒污染物的廢水、含病原體的污水和其他廢棄物。

3 在開採多層地下水的時候，如果各含水層的水質差異大，應當分層開採，；對已受污染的潛水和承壓水，不得混合開採。

4 興建地下工程設施或者地下勘探、採礦等活動，應當採取保護性措施，防止地下水污染。

5 人工回灌補給地下水，不得惡化地下水質。

6.通過物理方法來改變廢棄物所在的位置，通常是將其運送到危險廢物填埋場。 ^[1] 

7.對廢棄物進行處理以降低其毒性和移動性，或減少污染物從場址進一步釋放的可能性。 ^[1]