原位修复技术在地下水污染中的应用研究

戴佩彬

摘要：地下水污染是当前面临的重要环境问题之一。原位地下水修复技术具有修复费用较低、针对性强及修复彻底等优点。介绍地下水污染原位修复的种类与特点，以及不同污染源地下水的原位修复技术，以期为实际污染治理过程中原位修复技术的合理筛选和多种技术联合应用提供依据。

关键词：地下水；原位修复技术；渗透性反应墙；化学氧化修复；生物修复

中图分类号：X523 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）08-0045-03

由于我国总体水资源短缺，将城市污水和有机工业废水进行集中处理并达到灌溉水质标准要求可进行农业灌溉。污水中含有多种养分及丰富的有机质悬浮物，是重要的水源和肥源，有利于节省肥料、降低成本。但是盲目地使用污水灌溉会导致地下水的污染，尤其是工业污水中的重金属盐类及有机污染物，长期实施污水灌溉会导致各种点源或非点源污染层出不穷。

目前，国内地下水修复技术正处于起步阶段，与国外成熟的修复体系及技术相比还有较大差距。地下水修复技术主要分为原位修复技术和异位修复技术。其中异位修复技术主要为抽提技术（Pump-Treat，P&T），P&T技术适用于污染范围大、污染晕埋藏深的污染源，但其存在一定局限性，如DNAPL，LNAPL污染物无法通过抽提技术大量清除，并且需要封闭污染源，防止拖尾和反弹现象，此外修复过程中还需要定期维护与监测，修复费用昂贵。近年来，地下水原位修复技术引起了研究者的关注，原位地下水修复技术往往具有对场地针对性强、对场地干扰小、污染物修复彻底等特点，明显优于异位修复技术。

本研究从地下水原位修复技术种类及特点及不同污染源（无机污染、有机污染）地下水原位修复技术应用方面进行总结综述，对我国未来地下水修复技术方向进行展望。

1 地下水原位修复技术种类

1.1 原位渗透性反应墙修复技术

原位被动修复技术——透水性反应墙（Permeable Reactive Barrie，PRB）是地下水污染原位处理的重要技术手段之一。PRB技术通过在污染区域下游安置连续或非连续的渗透性反应墙（物理吸附反应墙、化学反应墙及生物反应墙），污染地下水流经该区域与反应墙中的添加剂发生化学反应，从而去除污染物，并利用PRB物理屏障阻止污染进一步扩散。该技术原理简单，能持续原位处理，处理组分多且修复费用低廉，能有效吸附和降解多种重金属和有机污染物。该方法在欧美已成为地下水修复技术的发展方向，正逐步取代成本相对高昂的抽提技术。

1.2 原位化学氧化修复技术

原位化学氧化（In-situ Chemical Oxidation，ISCO）是将化学氧化剂通入地下含水层中，通过氧化还原作用去除地下水中的污染物。化学氧化方法主要有Fenton氧化、高锰酸钾（钠）氧化及臭氧氧化等。传统的Fenton反应的实质是Fe2+催化H2O2发生链式反应，生成的具有强氧化能力和高负电性或亲电子性的羟基自由基将有机污染物降解为CO2、水及无机盐类等小分子物质。高锰酸钾（钠）作为强氧化剂，具有较大的水溶性，可顺利进入地下水层中，适用于氯代溶剂、烯烃、酚类、醚类以及硫化物等污染物。臭氧因其强氧化性和高溶解度，可迅速溶于水中，将难降解的大分子有机物氧化成小分子物质；同时，臭氧氧化过程中产生的氧气还可被土壤中的微生物利用。

1.3 原位生物修复技术

原位生物修复技术（In-situ Bioremediation）是指微生物催化降解有机物、转化其他污染物，从而消除污染的受控或自发进行的过程。该技术将空氣、营养和能量物质注入含水层中，通过微生物的吸附、降解功能实现修复。微生物可随着污染物的迁移而迁移，从而到达其他方法难以到达的区域，相比其他技术，该技术耗时短、修复费用低、修复区域范围较大。但其也有局限性，如一些有机污染物在地下很难被降解，它们的毒性会抑制原有的微生物活性；对于渗透性较差的地下水来说，因无法向微生物群体传递足够的氧气、营养和能量物质，微生物难以实施降解；另外，原位生物修复技术要求持续的监控和维护。

1.4 监测天然衰减修复技术

监测天然衰减修复技术（Monitor Natural Attenuatio，MNA）于20世纪90年代才开始正式用于地下水污染治理。该技术基于污染场地自身理化条件和污染物自然衰减能力进行污染修复，从而达到降低污染物浓度、毒性及迁移性等目的。采用MNA技术进行地下水污染修复，一般不会产生次生污染物，对生态环境的干扰程度较小，该技术工程设施简单，修复费用远远低于其他修复技术。但该技术适用范围较窄，对区域环境和污染物自然衰减能力要求较高，且修复时间较为漫长。

2 不同污染源地下水原位修复技术

地下水中的污染物种类繁多，主要分为非有机污染物和有机污染物两大类。其中，非有机污染物主要包括重金属及无机离子类污染物；而有机污染物中以非水相液体化合物即NAPLs较为经典，其又分为重非水相污染物（DNAPLs）及轻非水相污染物（LNAPLs）。

2.1 非有机污染物

2.1.1 重金属 PRB技术广泛应用于重金属污染地下水的原位修复。从2001年纳米零价铁首次应用于地下水修复以来，多个修复方案证明，零价铁（铁屑、铁粉）对重金属有非常好的去除效果，是经济有效的地下水修复剂。此外，羟基磷灰石作为活性物质时，其溶解后可导致地下水中磷酸根离子浓度增大，而磷酸根离子与某些重金属离子结合形成颗粒沉淀，从而消除地下水中的重金属污染。

2.1.2 无机盐类 由于过度施肥、人畜造成的垃圾和工业废物的影响，硝酸盐污染较为突出。采用原位生物修复技术，利用醋酸盐、乳酸盐、葡萄糖、甲醇等作为生物修复的营养物，均能在好氧条件及厌氧条件下发生生物降解。好氧条件下，氧作为电子受体；而厌氧条件下，硝酸盐作为电子受体。原位生物修复只需向污染的地下水体中加入营养物质，利用微生物消耗营养物的过程将硝酸盐转变为无害的氮气，而无需将地下水提取出来再处理，可有效提高修复效率，节省费用，产生的废物较少，且一次处理的水量较大。endprint

2.2 有机污染物

2.2.1 DNAPLs DNAPLs主要包括碳氢化合物的氯化物，如三氯乙烯、四氯化碳、氯酚等。由于DNAPLs密度比水大，污染带位于地下水水面以下，采样检测难度大；此外由于表面张力作用，DNAPLs能够进入低渗透区。因此，需进行原位修复技术的合理选择及搭配。以氯代烃为例，抽提技术和渗透反应墙技术可用于对地下水污染物扩散范围的控制，生物修复技术和化学氧化技术可以针对地下水污染源区进行修复，监测自然衰减技术可用于微污染区域的长期修复。

2.2.2 LNAPLs LNAPLs主要包括含碳氢化合物的燃料，如汽油、煤油、航空燃油和热用油等石油烃。采用抽提技术修复至标准条件需长达几十年甚至几百年，而采用臭氧氧化对污染物进行原位氧化修复预处理可有效缩短修复时间，臭氧能有效地将复杂的、难降解的有机物氧化为简单的、易生物降解的中间产物。原位生物修复技术在地下水石油烃污染修复中应用广泛。张兰英等人对加油站附近的土样进行富集、培养、分离纯化等操作，筛选出降解特效菌株，并模拟地下水环境进行驯化，菌株在12 d内对甲苯的降解率达到93.5%。

3 未来地下水修复技术方向展望

由污水灌溉造成的地下水污染普遍、危害性巨大、去除困难。在我国，地下水异位修复技术发展至今已成为相对成熟的技术类型，但其在实际应用中一直存在缺陷，而原位修复技术的优点正好可以弥补这一点。相关研究者应进一步加强对污染地下水修复机理和污染物迁移机理的研究，建立完善的模型，探索地下水污染原位修復与异位修复的复合应用，为制定修复计划提供可靠依据。

参考文献

[1] 宋震宇，杨伟，王文茜，等.氯代烃污染地下水修复技术研究进展[J].环境科学与管理，2014，39（4）：104-106.

[2] 张兰英，阿布巴卡尔·达布雷，林学钰，等.模拟地下水环境微生物降解甲苯的研究[J].环境科学学报，2002，22（5）：634-636.

[3] 潘芳，杜锁军.地下水污染生物修复技术研究进展[J].环境科技，2008，21（s1）：112-116.

[4] 张耀.地下水污染物的传播方式与治理方法[D].西安：长安大学，2009.

[5] 杨伟，宋震宇，袁珊珊，等.污染地下水修复技术研究[J].环境科学与管理，2014，39（5）：104-106.

[6] 赵勇胜.地下水污染场地风险管理与修复技术筛选[J].吉林大学学报，地球科学版，2012，42（5）：1 426-1 433.endprint