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地下水污染分析及治理技術(shù)的研究
作者：位昊昆（河南鄭州華北水利水電大學(xué)）/ 張晗碩（河南鄭州華北水利水電大學(xué)）
摘要：隨著我國經(jīng)濟持續(xù)高效發(fā)展、人類活動不斷加劇，地下水污染形勢日益嚴(yán)峻。本文簡要敘述我國地下水污染現(xiàn)狀，總結(jié)我國地下水主要的污染源，列舉針對不同地下水污染源的治理方法，探索更有效、更便捷、更經(jīng)濟的地下水污染處理技術(shù)。
關(guān)鍵詞：地下水污染現(xiàn)狀；污染來源；地下水污染的影響；治理技術(shù)；
1. 我國地下水污染現(xiàn)狀
我國地下水污染問題廣泛存在，大多數(shù)城市都存在地下水污染問題，而且污染程度分布不均勻，南方較輕，北方較為嚴(yán)重。2018年，我國2833處淺層地下水監(jiān)測井中，Ⅰ～Ⅲ水質(zhì)監(jiān)測井占23.9%，Ⅳ類占 29.2%，Ⅴ類占46.9%。超標(biāo)指標(biāo)為錳、鐵、總硬度、溶解性總固體、氨氮、氟化物、鋁、碘化物、硫酸鹽和硝酸鹽氮。2018年，我國10 168個國家級地下水水質(zhì)監(jiān)測點中，Ⅰ類水水質(zhì)監(jiān)測點占1.9%，Ⅱ類占9.0%，Ⅲ類占 2.9%，Ⅳ類占 70.7%，Ⅴ類占15.5%。超標(biāo)指標(biāo)為錳、鐵、濁度、總硬度、溶解性總固體、碘化物、氯化物、“三氮”（亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮和氨氮）和硫酸鹽，個別監(jiān)測點鉛、鋅、砷、汞、六價鉻和鎘等重（類）金屬超標(biāo)。由此看見，我國淺層地下水的污染情況格外嚴(yán)重，而且主要的地下水污染物是重金屬污染物和有機污染物。
2. 我國地下水污染的主要來源
我國地下水污染的情況及類型復(fù)雜，造成地下水污染的來源眾多，本文介紹以下幾個主要方面的來源：
2.1. 工業(yè)“三廢”帶來的污染
工業(yè)“三廢”指的是工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水、廢氣和廢渣，它們中含有的不同污染物通過不同途徑轉(zhuǎn)移到地下，對地下水造成嚴(yán)重污染。例如：化工、冶煉等行業(yè)的廢水若未經(jīng)嚴(yán)格處理便隨意排放，將導(dǎo)致有毒有害物直接滲入地下水體，造成嚴(yán)重污染；SO2、NOa等廢氣中的污染物在對大氣造成直接污染后，隨著大氣降水、地表徑流、下滲等水循環(huán)過程，進(jìn)入地下水體，再次造成污染；粉煤灰、高爐礦渣甚至淤泥等廢渣若未合理堆放或處置，風(fēng)吹雨淋等自然作用即可將其中的有毒有害物質(zhì)帶入地下水體，造成污染。
2.2. 農(nóng)藥化肥過度施用帶來的污染
在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，某些地區(qū)的農(nóng)民為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，過度依賴農(nóng)藥化肥，大量施加在農(nóng)田中。其中部分無法被植物吸收的殘留物隨著降水進(jìn)入土壤，進(jìn)而滲入淺層地下水，造成土壤及地下水污染。
2.3. 居民生活垃圾與生活污水帶來的污染
隨著全國經(jīng)濟水平的提升，城市化的步伐加快，居民生活水平日益提高，所產(chǎn)生的生活垃圾及生活污水也相應(yīng)增加。目前，我國并沒有做到生活垃圾的全面分類，大量有毒及危險廢物和生活垃圾混合填埋，而生活垃圾填埋場的滲漏則導(dǎo)致這些有毒、危險物質(zhì)滲入地下水體，造成了嚴(yán)重污染；未經(jīng)嚴(yán)格處理、達(dá)標(biāo)排放的生活污水也會像工業(yè)廢水一樣，將污染物質(zhì)帶入地下水。
2.4. 海水入侵和倒灌帶來的污染
在我國沿海地區(qū)，為滿足生產(chǎn)生活需求，人為過度開采地下淡水或不合理開發(fā)沿海灘涂，導(dǎo)致地下水水位持續(xù)降低，陸地淡水與海洋咸水水位差異導(dǎo)致海水入侵、倒灌，導(dǎo)致土壤鹽堿化、地下水礦化度增高等問題。海水中也存有與陸地水較大差異的成分，一些有害物質(zhì)隨即進(jìn)入，污染了地下水資源。我國也有一些地區(qū)由于自然地理地質(zhì)環(huán)境的因素產(chǎn)生具有明顯地方性的天然污染來源，自然界中的有毒有害物質(zhì)隨著自然現(xiàn)象不可避免的進(jìn)入地下水體，造成了地下水污染，嚴(yán)重的地區(qū)甚至?xí)l(fā)地方病。但這種情況并不是造成我國地下水污染的主要因素來源，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民生活帶來的污染仍然是我國地下水污染的“罪魁禍?zhǔn)住薄?/span>
3. 地下水污染的影響
根據(jù)上文的簡要探討，得知地下水污染的來源眾多，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、居民生活和自然現(xiàn)象都將導(dǎo)致地下水污染。從另一方面看，地下水污染更是返還給了人類在生產(chǎn)生活上的很多不利影響，最嚴(yán)重的是給地球的水體系統(tǒng)乃至生態(tài)系統(tǒng)造成難治理的危害。以下將從這兩個方面介紹地下水污染帶來的影響：
3.1. 對人類生產(chǎn)生活的影響
由于地下水在我國乃至全世界人民生產(chǎn)生活中占據(jù)了重要地位，一旦地下水受到污染，將對人類生產(chǎn)生活造成巨大影響。
1）生產(chǎn)方面
主要是影響工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程及產(chǎn)品。在我國的很多地區(qū)，大量使用地下水作為工業(yè)生產(chǎn)用水，例如北方地區(qū)，本身工業(yè)比較發(fā)達(dá)，在生產(chǎn)過程中對地下水的需求則更大。而我們都知道，地下水本身硬度較大，受到人為污染后，大量的鈣、鎂離子進(jìn)入地下水體，與其混合、反應(yīng)，導(dǎo)致其硬度的迅速上升。當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)過程中使用了硬度較大的地下水作為生產(chǎn)用水，會對一些工業(yè)機器、設(shè)備造成腐蝕、結(jié)垢，這樣一來，不但生產(chǎn)過程的成本增加，且產(chǎn)品的質(zhì)量也會大打折扣，這不僅損害了工業(yè)企業(yè)的經(jīng)濟效益，更不利于我國工業(yè)的整體發(fā)展。地下水也是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的來源，當(dāng)農(nóng)民大量使用受污染的，含有硫酸鹽、氯離子等元素的地下水來澆灌農(nóng)作物，使得農(nóng)作物的健康程度大大下降，營養(yǎng)成分流失、生長發(fā)育不良、抗蟲害能力下降、保存時間縮短、腐爛速度加快等等一系列問題出現(xiàn)，更導(dǎo)致了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量減少、農(nóng)作物的質(zhì)量降低以及農(nóng)民的收入減少。
2）生活方面
主要是影響人類的健康問題。地下水在普通百姓的固有思想中是深埋地下，潔凈優(yōu)良的水源，但殊不知目前地下水污染的情況越來越嚴(yán)重，且由于現(xiàn)在地下水污染的區(qū)域越來越廣，有從城市波及到農(nóng)村的趨勢，農(nóng)村百姓的防護意識較弱，但農(nóng)村取用地下水(井水)作為直接生活用水的情況反而更普遍。實際上，受污染的地下水中含有多種對人體健康不利的化學(xué)物質(zhì)，如氯化物、氟化物、硫酸鹽、鉻、鉛、汞等等，更如果人們飲用甚至長期飲用未經(jīng)徹底處理的地下水，將嚴(yán)重危害自身身體健康，主要表現(xiàn)有：誘發(fā)各類心腦血管疾病、消化系統(tǒng)疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、生殖系統(tǒng)疾病，使人體各類器官病變，情況稍輕者出現(xiàn)嘔吐、腹瀉等情況，情況嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致癌癥及死亡。
3.2. 對地球生態(tài)系統(tǒng)的影響
地下水是全球水資源的重要組成部分，更是組成地球水體系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。人為活動污染的地下水，通過蒸發(fā)、地下徑流等水循環(huán)過程進(jìn)入江河湖海，又通過全球水循環(huán)，通過蒸發(fā)、水汽輸送、降水等過程再次回到地表，參與無限的循環(huán)，在這一過程中對地球生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。地下水污染也會直接影響地下生物的生存，影響土壤中化學(xué)物質(zhì)的組成等等。
4. 針對不同地下水污染源的治理技術(shù)
近年來，地下水污染治理技術(shù)發(fā)展很快，種類很多，但是不同的治理技術(shù)有一定的適用范圍，下面主要介紹針對不同地下水污染源的治理技術(shù)。
4.1. 針對LNAPLs（輕非水相液體）的治理技術(shù)
兩相提取技術(shù)（DPE技術(shù)）：利用LNAPLs（輕非水相液體）浮在地下水面以上的特性，在 LNAPLs（輕非水相液體）大量聚集的地下水污染區(qū)域，抽取地下水形成地下水位降落漏斗，使自由相LNAPLs向漏斗中心匯集，再利用泵直接抽取自由相LNAPLs。
4.2. 針對DNAPLs（重非水相液體）的治理技術(shù)
表面活性劑強化含水層修復(fù)技術(shù)（SEAR）：先將表面活性劑溶液通過注入井群注入土壤—地下水污染帶，表面活性劑與 DNAPLs（重非水相液體）接觸后增大了DNAPLs（重非水相液體）的溶解性，使DNAPLs（重非水相液體）進(jìn)入水相，隨著注入井群和抽出井之間水頭差變化，而使地下水進(jìn)行水動力遷移；再通過污染區(qū)域下游的抽水井將已溶解的DNAPLs（重非水相液體）和地下水原存的溶解態(tài)污染物抽出，將抽出水進(jìn)行物理、化學(xué)或微生物降解處理；最后將處理達(dá)標(biāo)的水回灌入地下水中，一直循環(huán)到整個污染區(qū)域達(dá)到修復(fù)要求為止。
4.3. 針對溶解相污染物的治理技術(shù)
抽取—處理修復(fù)技術(shù)：先在含有大量的溶解相污染物的地下水污染區(qū)，通過抽水井群將污染的地下水抽出地面，隨著抽水的持續(xù)進(jìn)行，污染范圍和地下水的污染程度逐漸減小，直到達(dá)到監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)；再將抽出的受污染地下水進(jìn)行物理、化學(xué)、微生物處理，處理后達(dá)標(biāo)的地下水可以直接使用，也可以通過注水井回灌地下水，稀釋受污染水體，沖洗含水層，加速地下水的循環(huán)流動，縮短地下水修復(fù)時間。
4.4. 針對土壤包氣帶揮發(fā)性有機污染物的治理技術(shù)
土壤氣相抽提法：當(dāng)土壤包氣帶聚集大量揮發(fā)性有機污染時，可以直接進(jìn)行人工抽提，將揮發(fā)性有機污染物抽出包氣帶。抽出的氣體要經(jīng)過一系列處理達(dá)標(biāo)后才能排入大氣，這里的處理主要是收集水汽和處理廢氣，以防止污染大氣以及浪費大量水汽。當(dāng)污染區(qū)域較大或污染物較多時，也可以在土壤污染地區(qū)設(shè)置空氣注入井，使大量空氣進(jìn)入包氣帶，增加地下環(huán)境中氧氣的濃度，進(jìn)而加速包氣帶中有機污染物的微生物降解。
4.5. 針對低滲透性含水層揮發(fā)性有機污染物的治理技術(shù)
加熱法：利用蒸汽、熱水、無線電頻率或電阻（變化電流）等加熱方式，在低滲透性含水層揮發(fā)性有機污染物聚集的區(qū)域進(jìn)行加熱，以改變地下水的環(huán)境溫度，因為溫度較高地下水中的揮發(fā)性有機污染物直接揮發(fā)進(jìn)入包氣帶，這樣就使低滲透性含水層揮發(fā)性有機污染物轉(zhuǎn)化為土壤包氣帶揮發(fā)性有機污染物，最后利用土壤氣相抽取法去除。
4.6. 針對滲透性較好含水層揮發(fā)性有機污染物的治理技術(shù)
空氣擾動技術(shù)：在滲透性較好的含水層中，如果聚集大量揮發(fā)性有機污染物，可以直接通過注氣井群向含水層注入大量潔凈空氣，使地下水位升高，空氣以注氣井為中心，輻射向上運動，使地下水含水層中的揮發(fā)性有機污染物汽化。汽化后的有機污染物可以直接進(jìn)入包氣帶中，這樣使含水層中的揮發(fā)性有機污染物轉(zhuǎn)化為土壤包氣帶中揮發(fā)性有機污染物，最后通過土壤氣相抽提法處理。
4.7. 針對重金屬污染物的治理技術(shù)
1）可滲透反應(yīng)墻技術(shù)。在污染區(qū)域內(nèi)垂直于地下水水流方向建設(shè)可滲透性反應(yīng)墻，在墻內(nèi)反應(yīng)層填充零價鐵、活性炭、泥炭、蒙脫石、石灰和鋸屑等反應(yīng)介質(zhì)，地下水中的重金屬污染物被可滲透墻中反應(yīng)介質(zhì)吸附、沉淀、氧化分解或生物降解，而地下水則透過可滲透性墻，從而到達(dá)去除地下水中的重金屬污染物目的。
2）原位反應(yīng)帶技術(shù)。利用注水井群在污染源的下游帶注入反應(yīng)介質(zhì)，形成一個帶狀反應(yīng)區(qū)域，進(jìn)而阻斷污染源下流，當(dāng)?shù)叵滤亟饘傥廴疚锱c流入帶狀反應(yīng)區(qū)時，重金屬污染物與注入的介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)或生物化學(xué)作用而被固定、降解或阻截，進(jìn)而達(dá)到清除地下水中重金屬的效果。
3）異位修復(fù)技術(shù)。將具有大量重金屬聚集的地下水通過抽水井群抽出，在地面上通過沉淀作用使重金屬污染物沉淀，經(jīng)過監(jiān)測達(dá)標(biāo)后，再將達(dá)標(biāo)的水回灌地下，從而達(dá)到清理地下水的作用。
5. 總結(jié)
根據(jù)上文所分析的我國地下水污染的現(xiàn)狀、來源和影響等來看，我國地下水污染的處理及防治是一項必要且艱巨的任務(wù)。不同地區(qū)地下水的污染狀況不同，地下水超標(biāo)項目也有所不同，因此要根據(jù)不同的污染情況、主要污染物，采用不同的地下水污染治理技術(shù)，從而更有效、更便捷、更經(jīng)濟地處理地下水污染。但是，地下水污染治理技術(shù)只是地下水治理體系的一部分，地下水治理技術(shù)只能改善地下水污染現(xiàn)狀，不能從源頭上解決地下水污染問題。要想徹底解決日益嚴(yán)重的地下水污染問題，必須從根源著手，即預(yù)防污染的產(chǎn)生。因此，要做到“預(yù)防為主，治理為輔”，社會各界都應(yīng)該把地下水污染防治擺在首要地位。只有改變我們原來的地下水開發(fā)利用觀念，不過度開發(fā)，不肆意排放，珍惜地下水資源，加之采用合理的地下水污染治理技術(shù)，才能從源頭解決地下水污染問題。我們要進(jìn)一步增強環(huán)境保護意識，加強對地球生態(tài)系統(tǒng)的保護。要知道，我們只有一個地球，只有這樣，才能實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展。
