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地下水污染分析及治理技術的研究
作者：位昊昆（河南鄭州華北水利水電大學）/ 張晗碩（河南鄭州華北水利水電大學）
摘要：隨著我國經濟持續高效發展、人類活動不斷加劇，地下水污染形勢日益嚴峻。本文簡要敘述我國地下水污染現狀，總結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、更經濟的地下水污染處理技術。
關鍵詞：地下水污染現狀；污染來源；地下水污染的影響；治理技術；
1. 我國地下水污染現狀
我國地下水污染問題廣泛存在，大多數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，北方較為嚴重。2018年，我國2833處淺層地下水監測井中，Ⅰ～Ⅲ水質監測井占23.9%，Ⅳ類占 29.2%，Ⅴ類占46.9%。超標指標為錳、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監測點中，Ⅰ類水水質監測點占1.9%，Ⅱ類占9.0%，Ⅲ類占 2.9%，Ⅳ類占 70.7%，Ⅴ類占15.5%。超標指標為錳、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，個別監測點鉛、鋅、砷、汞、六價鉻和鎘等重（類）金屬超標。由此看見，我國淺層地下水的污染情況格外嚴重，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“三廢”帶來的污染
工業“三廢”指的是工業生產過程中所產生的廢水、廢氣和廢渣，它們中含有的不同污染物通過不同途徑轉移到地下，對地下水造成嚴重污染。例如：化工、冶煉等行業的廢水若未經嚴格處理便隨意排放，將導致有毒有害物直接滲入地下水體，造成嚴重污染；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、下滲等水循環過程，進入地下水體，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，風吹雨淋等自然作用即可將其中的有毒有害物質帶入地下水體，造成污染。
2.2. 農藥化肥過度施用帶來的污染
在農業生產過程中，某些地區的農民為了提高農作物產量，過度依賴農藥化肥，大量施加在農田中。其中部分無法被植物吸收的殘留物隨著降水進入土壤，進而滲入淺層地下水，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，所產生的生活垃圾及生活污水也相應增加。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致這些有毒、危險物質滲入地下水體，造成了嚴重污染；未經嚴格處理、達標排放的生活污水也會像工業廢水一樣，將污染物質帶入地下水。
2.4. 海水入侵和倒灌帶來的污染
在我國沿海地區，為滿足生產生活需求，人為過度開采地下淡水或不合理開發沿海灘涂，導致地下水水位持續降低，陸地淡水與海洋咸水水位差異導致海水入侵、倒灌，導致土壤鹽堿化、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，一些有害物質隨即進入，污染了地下水資源。我國也有一些地區由于自然地理地質環境的因素產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隨著自然現象不可避免的進入地下水體，造成了地下水污染，嚴重的地區甚至會引發地方病。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、農業、居民生活帶來的污染仍然是我國地下水污染的“罪魁禍首”。
3. 地下水污染的影響
根據上文的簡要探討，得知地下水污染的來源眾多，工業、農業、居民生活和自然現象都將導致地下水污染。從另一方面看，地下水污染更是返還給了人類在生產生活上的很多不利影響，最嚴重的是給地球的水體系統乃至生態系統造成難治理的危害。以下將從這兩個方面介紹地下水污染帶來的影響：
3.1. 對人類生產生活的影響
由于地下水在我國乃至全世界人民生產生活中占據了重要地位，一旦地下水受到污染，將對人類生產生活造成巨大影響。
1）生產方面
主要是影響工、農業生產過程及產品。在我國的很多地區，大量使用地下水作為工業生產用水，例如北方地區，本身工業比較發達，在生產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、鎂離子進入地下水體，與其混合、反應，導致其硬度的迅速上升。當工業生產過程中使用了硬度較大的地下水作為生產用水，會對一些工業機器、設備造成腐蝕、結垢，這樣一來，不但生產過程的成本增加，且產品的質量也會大打折扣，這不僅損害了工業企業的經濟效益，更不利于我國工業的整體發展。地下水也是我國農業生產用水的來源，當農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作物，使得農作物的健康程度大大下降，營養成分流失、生長發育不良、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，更導致了農產品的產量減少、農作物的質量降低以及農民的收入減少。
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，潔凈優良的水源，但殊不知目前地下水污染的情況越來越嚴重，且由于現在地下水污染的區域越來越廣，有從城市波及到農村的趨勢，農村百姓的防護意識較弱，但農村取用地下水(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物質，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徹底處理的地下水，將嚴重危害自身身體健康，主要表現有：誘發各類心腦血管疾病、消化系統疾病、神經系統疾病、生殖系統疾病，使人體各類器官病變，情況稍輕者出現嘔吐、腹瀉等情況，情況嚴重者甚至導致癌癥及死亡。
3.2. 對地球生態系統的影響
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和生態系統的重要組成部分。人為活動污染的地下水，通過蒸發、地下徑流等水循環過程進入江河湖海，又通過全球水循環，通過蒸發、水汽輸送、降水等過程再次回到地表，參與無限的循環，在這一過程中對地球生態系統造成嚴重的影響。地下水污染也會直接影響地下生物的生存，影響土壤中化學物質的組成等等。
4. 針對不同地下水污染源的治理技術
近年來，地下水污染治理技術發展很快，種類很多，但是不同的治理技術有一定的適用范圍，下面主要介紹針對不同地下水污染源的治理技術。
4.1. 針對LNAPLs（輕非水相液體）的治理技術
兩相提取技術（DPE技術）：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
表面活性劑強化含水層修復技術（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，而使地下水進行水動力遷移；再通過污染區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污染物抽出，將抽出水進行物理、化學或微生物降解處理；最后將處理達標的水回灌入地下水中，一直循環到整個污染區域達到修復要求為止。
4.3. 針對溶解相污染物的治理技術
抽取—處理修復技術：先在含有大量的溶解相污染物的地下水污染區，通過抽水井群將污染的地下水抽出地面，隨著抽水的持續進行，污染范圍和地下水的污染程度逐漸減小，直到達到監測標準；再將抽出的受污染地下水進行物理、化學、微生物處理，處理后達標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，加速地下水的循環流動，縮短地下水修復時間。
4.4. 針對土壤包氣帶揮發性有機污染物的治理技術
土壤氣相抽提法：當土壤包氣帶聚集大量揮發性有機污染時，可以直接進行人工抽提，將揮發性有機污染物抽出包氣帶。抽出的氣體要經過一系列處理達標后才能排入大氣，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。當污染區域較大或污染物較多時，也可以在土壤污染地區設置空氣注入井，使大量空氣進入包氣帶，增加地下環境中氧氣的濃度，進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性有機污染物的治理技術
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性有機污染物聚集的區域進行加熱，以改變地下水的環境溫度，因為溫度較高地下水中的揮發性有機污染物直接揮發進入包氣帶，這樣就使低滲透性含水層揮發性有機污染物轉化為土壤包氣帶揮發性有機污染物，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性有機污染物的治理技術
空氣擾動技術：在滲透性較好的含水層中，如果聚集大量揮發性有機污染物，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性有機污染物汽化。汽化后的有機污染物可以直接進入包氣帶中，這樣使含水層中的揮發性有機污染物轉化為土壤包氣帶中揮發性有機污染物，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
1）可滲透反應墻技術。在污染區域內垂直于地下水水流方向建設可滲透性反應墻，在墻內反應層填充零價鐵、活性炭、泥炭、蒙脫石、石灰和鋸屑等反應介質，地下水中的重金屬污染物被可滲透墻中反應介質吸附、沉淀、氧化分解或生物降解，而地下水則透過可滲透性墻，從而到達去除地下水中的重金屬污染物目的。
2）原位反應帶技術。利用注水井群在污染源的下游帶注入反應介質，形成一個帶狀反應區域，進而阻斷污染源下流，當地下水重金屬污染物與流入帶狀反應區時，重金屬污染物與注入的介質發生物理、化學或生物化學作用而被固定、降解或阻截，進而達到清除地下水中重金屬的效果。
3）異位修復技術。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，經過監測達標后，再將達標的水回灌地下，從而達到清理地下水的作用。
5. 總結
根據上文所分析的我國地下水污染的現狀、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。不同地區地下水的污染狀況不同，地下水超標項目也有所不同，因此要根據不同的污染情況、主要污染物，采用不同的地下水污染治理技術，從而更有效、更便捷、更經濟地處理地下水污染。但是，地下水污染治理技術只是地下水治理體系的一部分，地下水治理技術只能改善地下水污染現狀，不能從源頭上解決地下水污染問題。要想徹底解決日益嚴重的地下水污染問題，必須從根源著手，即預防污染的產生。因此，要做到“預防為主，治理為輔”，社會各界都應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利用觀念，不過度開發，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，才能從源頭解決地下水污染問題。我們要進一步增強環境保護意識，加強對地球生態系統的保護。要知道，我們只有一個地球，只有這樣，才能實現人類社會的可持續發展。
