地下水过度开采引起六价铬污染危害及治理措施探析

2017-04-13

地下水 2017年5期

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南郑州 450000)

马晓蕾

(河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，河南郑州 450000)

当前，我国地下水过度开采现象较为严重，地下水位下降、漏斗区与非饱和带现象日益严重，引发了地下水六价铬污染问题。六价铬因其致毒性严重，成为地下水安全的重要威胁因素。主要由于地下水位下降导致净化功能降低、水位流动异常、地下水位补给源变化会与六价铬高度的迁移性相结合，使六价铬随着地下水的流动不断扩散，随地下水位下降而沉积。六价铬污染现象不仅发生在铬工业污染染区，非铬工业污染区也会因地下水位的下降、漏斗区域的出现、饱和带的变化等出现累积与扩散，因此地下水过度开采对于六价铬污染的形成有着重要的影响作用。要治理地下水六价铬污染问题，应将地下水位修复与污染修复相结合进行，同时治理，对治理效果进行实时监测，确保水力梯度科学合理，使地下水位流动科学，地下水的自动净化能力与六价铬的污染处理效果相结合，取得更好治理效果。

地下水过度开采；六价铬污染；漏斗区；迁移

地下水是极其重要的水资源，能够稳定地层、调节泾流、用于生产和生活中。近年来，地下水过度开采现象较为严重，已经引发了一系列环境地质问题，随之而来的，地下水污染已成为一个迫切需要解决的问题。

1 地下水过度开采会引发的水污染问题

地下水过度开采最显著的危害就是地表沉降，而水污染则是另一个潜伏性极大、程度也更严重的危害。地下水主要通过两个方面引发水污染问题。地下水污染来自于各方面原因，地表水和土壤的污染以及各种有害物质的渗透等，都是污染物的重要来源。地下水过度开采对于水质恶化是有着显著影响的，这种恶化往往具有较强的不可逆性，很难恢复。地下水污染有很强的累积性，通过层层深入能够不断扩大污染区域，并且发现较为困难，这就为及时的防治带了很大困难。地下水污染对于水污染的影响一般来自于三个方面：

(1)地下水过度开采会造成岩溶塌陷问题，对第四系隔水层造成破坏，来自于地表的各种污水和劣质潜水就会通过塌陷地段渗透到地下水中。工业污水往往经由各种河流湖泊渗透到塌陷层中，之后缓慢进入地下水中，引发水污染。

(2)地下水过度开采会引起水位的降低以及水量的减少，严重影响到地下水的自我净化时间，一旦地下水无法承受来自于各处污染物，不能通过自我保护来净化污染物，就会使污染出现累积，造成污染的持续扩大。

(3)地下水过度开采会造成地下水漏斗面积的不断扩大，也就意味着需要更多的水源补给地下水，从而造成非保护面积内的污水成为地下水补给接受对象，地下水污染概率就会随着漏斗面积的扩大而不断提高。

2 六价铬污染危害

六价铬具有很强的迁移性，是一种氧化性较强、毒性较大的金属元素，从工厂中排出的六价铬进入水中后，对于水中生物的生长、土壤农田等都有较强的破坏作用。混入饮用水后，还会引起人体慢性中毒，通过消化、呼吸、皮肤以及粘膜系统进入人体，进而在人体的肝脏、肾脏以及内分泌系统中累积，严重的情况下甚至可能导致死亡。六价铬主要来源于两个方面：

铬能够增强金属机械性能，提高金属耐磨、耐腐蚀等各种化学特性，是当前众多工业行业的重要原材料之一，冶金、水泥生产、工业涂料制造、制革、电镀以及木材加工等都会使用到铬。这些行业会排出大量废水以及固体废弃物，这些废水废物未经处理进入排入环境中时，就会污染水资源。事故、泄漏以及存储不合理也会对水资源和土壤造成污染。如铬盐生产，在我国生产技术较为落后的时期，大量排出了含有浓度较高的六价铬的渣料，这些渣料如果不能科学处理，而是直接露天堆放，就会因雨水冲洗而释放出大量六价铬，对周边土壤以及地下水造成严重污染，进而渗透到地下水中。地壳中的富铬岩石也含有较多的铬元素，以三价铬和六价铬为主要形式，随着技术的发展，已经能够在自然中发现浓度较高的水溶六价铬。此外，三价铬在高温和氧化剂条件下还会转化为六价铬。

3 六价铬对地下水污染运移过程

六价铬有很强的迁移性，是一种很容易渗透进地下水的毒害物质。简彦涛等人在《场地污染后六价铬在地层中的运移》采取科学严谨的方法对唐山市某地铬污染情况进行了跨时间的对比。该区域在1991年发生六价铬污染，并做了科学的清理工作，但在2009年再次对这一区域铬污染情况进行测定时，六价铬污染范围仍然处于不断扩大的状态，污染面积和污染程度在地层处于下降状态，但绝大部分六价铬却经由第四系隔水层运移到地下水中。粉细砂地层是六价铬污染赋存量最严重的地层，杂填土则是赋存量最少的地层，这与地下水在各不同岩性地层中的流速快慢是相一致，地下水在粉细砂等渗透性较强的地层中流速相对较快，六价铬赋存量也高；而渗透性较低的地层则地下水流速低，六价铬含量也低。地下水的自我净化功能会对六价铬的赋存量产生较大影响，该地区六价铬污染通过清理无法根除并自然还原，而降雨以及地下水则是六价铬缓释的重要因素。因此，要使六价铬不在地下水中蓄存，确保地下水能够充分的流动是关键所在。

4 地下水过度开采加剧了六价铬污染

4.1 地下水过度开采对六价铬污染的推动作用

地下水过度开采的危害包括了对第四系隔水层的破坏以及地下水量的减少，而这两点恰恰是造成六价铬污染的重要原因之一，隔水层的破坏使地面工业铬渣中包含的六价铬随着降雨进入泾流中，再通过隔水层塌陷段进入地下水中，塌陷段越大，表明六价铬渗透空间也就越大。地下水量的减少对于运移性能良好的六价铬起到了很大抑制作用，地下水不能充分发挥自身的净化能力净化六价铬，也不能通过较强的流动性缓释六价铬，这两个原因都会造成六价铬在距离污染源较近的地方不为累积，在不同岩性的地层中出现不同程度的累积。

根据栗振廷与杨军耀《地下水过度开采引起的六价铬污染问题研究》分析，在非工业铬污染区，地下水六价铬污染的主要原因是非饱和带铬离子迁移和转换。非饱和带因含水量较小，铬污染特征也不显著。饱和带六价铬赋存量则会因含水量上升而呈明显的上升趋势，使地下水质明显恶化，降落漏斗区和六价铬赋存量较高的区域之间存在较大的重合性，从一定程度上说明，地下水位会对六价铬浓度产生一定影响，六价铬污染浓度的增加和地下水位的时空演变有着较大的相关性。地壳中所含的铬的形式转化累积下来的六价铬，因其强大的迁移性而随着地下水位的下降而不断沉积，因地下水无法提供足够的净化作用，导致六价铬污染不断加剧。

刘喜坤等人在《某市岩溶地下水六价铬污染及控制因素分析》中，对工业六价铬污染与地下水过度开采之间的时空变化关系进行详细的调查与分析。该论文针对该市液压件厂在20世纪7、80年代发生过电镀车间的废水下渗问题，使地下水出现六价铬污染，之后关闭了该污染区，并采取相应措施清理铬污染，但仍未能清除铬污染。同时，该污染区地下水在1996到2008年间进行了持续的过渡开采，导致地下水位下降14m，并形成了漏斗区，通过观察，该区域的降落漏斗区和六价铬污染区有了很大程度的重合。根据2004、2005、2006、2007年的几次检测，结合地下水位的流动与补给，发现地下水并不会因为过度开采的简单停止就稀释掉六价铬的污染，反而会因地下水补给范围的变化，而使六价铬同时进行迁移，进而在漏斗区之间、漏斗区与非漏斗区之间因地下水源补给而出现六价铬污染的不断扩散问题。

4.2 地下水过度开采与六价铬污染的相关性

结合六价铬污染迁移实例和上面两个实例说明地下水过度开采会对六价铬污染产生一定的关系。地下水过度开采，造成水位下降后，会形成漏斗区域，当漏斗区域内水源补给超出保护范围时，就会将一些含有污染物的水源吸收到该区域，其中就包括六价铬污染水源，六价铬污染既有来自于工业污染，也来自于自然中铬的迁移转换，因此即使不靠近铬工业区，其地下水源如果出现过度开采，也会因为水位下降而出现六价铬污染层层深入累积的问题，进而随着径流到达其他区域。如果水位下降过大，也就无法通过水的流动性与自我净化功能逐步消解六价铬污染，反而会使六价铬污染在该区域沉积，或者向水位更低的区域流动，并随之将污染带到流动区域中。

5 治理措施分析

要真正解决这一问题，需要通过实地分析，对六价铬污染主要来源、地下水水位变化、地下水补给源等进行综合分析，采取综合治理的措施进行治理。

5.1 杜绝过度开采

对于未出现六价铬污染或者轻微污染地区，重点要防止过度开采问题，从源头上消灭污染问题。因此，各地区要对地下水开采进行统一调度，建立完善、统一的地下水资源管理系统，对地下水开采执行严格的审批与勘探制度，培养一批专业过关、责任感强的勘探与科研人员，对地下水进行科学的管理，通过完善的监测与预警体系，及时发现开采中出现的各种事故及问题。

5.2 治理地下水过度开采

因地下水过度开采引发六价铬污染的关键原因在于地下水位下降造成的地下水净化能力不足、地下水流动造成的六价铬污染累积、地下水漏斗区因补给源的变化与六价铬迁移共同形成的六价铬污染累积问题。针对这些问题，在治理地下水的过程中，需要对地下水漏斗区、塌陷区进行回灌。在不破坏原区域水质的情况下，以人工方式重新向地下灌入水资源，从而提高地下水位，由于所需水量较大，因此一般通过河水补给或者降水等进行辅助，以完成回补。当前，地下水修复技术研究较为深入，已经使用的各种技术中包括水动力控制、流线控制等方法使水力梯度更为科学。此外，还可以通过有机粘土、电化学动力修复、植物修复、微生物修复以及复合修复法等方法修复被污染的地下水。

5.3 对六价铬污染进行针对性治理

六价铬的迁移性使地下水中的六价铬污染治理存在较大难度，当前，针对六价铬污染的治理已有很多研究成果，在实际应用中也有较好的效果。针对地下水过度开采引起的地下水六价铬污染的处理方法包括了原位处理法和异位处理法，原位处理法一般是通过渗透性反应墙技术进行修复，反应墙所使用的材料需要具备较强的吸附反应和还原反应，如活性炭、沸石、铁屑、纳米铁等，近年来出现的生物墙技术也取得了较好的效果。六价铬污染的异位处理技术则是先抽出地下水后再处理，需要较长的运行时间以及较高的处理成本。当前使用的异位处理法主要有吸附法、药剂还原和沉淀法、电解法以及生物法等修复技术。在处理过程中，还要对地下水的流动区域进行实时监测，在六价铬污染范围和程度扩散并加重时，辅之以还原法等治理六价铬污染，才能够真正做到科学防治。六价铬污染的监测与治理与地下水过采的治理要同时进行，尤其在铬工业污染区域，漏斗区所引发的六价铬污染物赋存量会更高，治理要及时、有效，并保持长期的监测，避免治理充分或者因水位下降而引发地下水流动补给，并带来新的污染源。