地下水污染

　　地表以下地層復雜，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(fā)現(xiàn)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(zhì)復原。至于要進行人工的地下含水層的更新，問題就更復雜了。

　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”，不應視為污染。

地表以下地層復雜，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(fā)現(xiàn)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(zhì)復原。至于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)、細菌、有機物等的含量增高。污染的地下水對人體健康和工農(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(fā)生的，若不進行專門監(jiān)測，很難及時發(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期內(nèi)達到凈化；而地下水，即便排除了污染源，已經(jīng)進入含水層的污染物仍將長期產(chǎn)生不良影響。

　　污染物來源

　　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。生活污水和生活垃圾會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，有時也會造成病原體污染。工業(yè)廢水和工業(yè)廢物可使地下水中有機和無機化合物的濃度增加。農(nóng)業(yè)施用的化肥和糞肥，會造成大范圍的地下水硝酸鹽含量增高。農(nóng)藥對地下水的污染較輕，且僅限于淺層。農(nóng)業(yè)耕作活動可促進土壤有機物的氧化，如有機氮氧化為無機氮（主要是硝態(tài)氮），隨滲水進入地下水。天然的咸水會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重超標。隨著化肥的廣泛使用，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(diào)查發(fā)現(xiàn)，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(diào)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癥，嬰兒畸形及癌癥等疾病。對地下水構(gòu)成威脅的還有石油、石油化工產(chǎn)品及各種有機合成化學物質(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NAPL的密度大于水的密度時，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，并沿隔水底板橫向擴展；當NAPL密度小于水的密度時，污染物的垂向運移受阻于地下水面，只能沿地下水面（主要在水的非飽和帶）橫向廣泛擴展。NAPL可被孔隙介質(zhì)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(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重污染，水廠被迫停產(chǎn)，影響供水范圍波及36k㎡。有機合成化學物質(zhì)則主要來源于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(qū)地下水有機污染物的初步調(diào)查表明，該地區(qū)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后，不僅其殘留物可以維持數(shù)十乃至上百年，長期污染環(huán)境，而且其降解中間產(chǎn)物亦會污染環(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給地下水時，如果回灌水含有細菌或毒物，將造成嚴重后果；利用污水灌溉農(nóng)田而又處理不當時，也會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。直接污染的特點是污染物直接進入含水層，在污染過程中，污染物的性質(zhì)不變。這是對地下水污染的主要方式。間接污染的特點是，地下水污染并非由于污染物直接進入含水層引起的，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。污染物通過地下巖溶孔道進入含水層，即屬此類。

　　污染類型

　　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采導致沿海地區(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)過地層時通過生物或化學轉(zhuǎn)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癥、食道癌等疾病的發(fā)生。

　　中國現(xiàn)狀

　　城市地下水過半遭嚴重污染

　　中國水資源總量的1/3是地下水，中國地質(zhì)調(diào)查局的專家在國際地下水論壇的發(fā)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(jù)新華網(wǎng)報道，有關(guān)部門對118個城市連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)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(huán)境研究中心負責人馬軍說，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)型升級成本，不僅大于水廠升級改造成本，也大于城市管網(wǎng)改造成本。[4]編輯本段預防保護

　　應以預防為主。為此，必須進行必要的監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)地下水遭受污染，就應及時采取措施，防微杜漸。最好是盡量減少污染物進入地下含水層的機會和數(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墻、振動樁阻水墻、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，被用作一種臨時性的控制方法。

　?、诒粍邮占ㄔ摲ㄊ窃诘叵滤鞯南掠瓮谝粭l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。被動收集法一般在處理輕質(zhì)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。

　　水動力控制法

　　水動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給已被污染水體；同時，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散，同時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于防止污染物的擴散蔓延。

　　抽出處理法

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

　?、傥锢矸ā０ǎ何椒?、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)要能控制整個受污染水體的流動。處理后地下水的去向有兩個，一是直接使用，另一個則是用于回灌。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，從而縮短地下水的修復時間。

　　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，不但處理費用相對節(jié)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(huán)境的擾動，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物或使無機化合物形成沉淀等。

　?、跐B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，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ā＠猛寥乐械恼惩翆?，通過注射井在原位注入表面活性劑及有機改性物質(zhì)，使土壤中的粘土轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C粘土。經(jīng)改性后形成的有機粘土能有效地吸附地下水中的有機污染物。

　?、軟_洗法。對于有機烴類污染，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)性組分會隨空氣一起溢出，再用集氣系統(tǒng)將氣體進行收集處理；也可采用蒸汽沖洗，蒸汽不僅可以使揮發(fā)性組分溢出，還可以使有機物熱解；另外，用酒精沖洗亦可。理論上，只要整個受污染區(qū)域都被沖洗過，則所有的烴類污染物都會被去除。

　?、萆漕l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?shù)叵滤写嬖谥亟饘贂r，物化反應易生成沉淀，從而堵塞含水層，影響處理過程的進行。

　　2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。它是通過采取人為措施，包括添加氧和營養(yǎng)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，然后確定能最大程度促進微生物生長的氧需要量和營養(yǎng)配比，最后再將研究結(jié)果應用于實際。如今所使用的各種原位生物修復技術(shù)都是圍繞各種強化措施來進行的，例如強化供氧技術(shù)大致有以下幾種：

　?、偕餁鉀_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，只要能達到刺激微生物生長的供氣量即可。

　　②溶氣水供氧技術(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。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。

　　強化營養(yǎng)物供應的技術(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，添加營養(yǎng)物后再回灌入滲透墻。這時，添加了營養(yǎng)物的滲透墻就成了一個營養(yǎng)物擴散源，在滲透墻下游就會形成一個生物活躍區(qū)，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?？梢韵仍诘乇碓O施中對微生物進行選擇性培養(yǎng)，然后再通過注射井注入到受污染區(qū)域，或直接引進商品化菌種，都可以起到強化生物降解過程的作用?？偟膩碚f，原位生物修復技術(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化。一般情況下，原位生物修復要與井群系統(tǒng)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(yǎng)物的擴散，從而縮短處理時間。