李艷榮，甘志永，劉 浩

（徐州環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 徐州 221002）

地下水復(fù)合法修復(fù)技術(shù)應(yīng)用與研究進展

李艷榮，甘志永，劉 浩

（徐州環(huán)境監(jiān)測中心站，江蘇 徐州 221002）

目前，地下水污染日趨嚴重，地下水環(huán)境污染的治理已成為全球性的問題。對污染的地下水進行修復(fù)是一項水文地質(zhì)學和環(huán)境科學的新課題，涉及較多基礎(chǔ)理論和邊緣學科。本文結(jié)合當前國內(nèi)外地下水污染修復(fù)的研究現(xiàn)狀，分別論述了滲透性反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)、抽出處理修復(fù)技術(shù)、土壤氣相抽提技術(shù)三種典型的復(fù)合法修復(fù)技術(shù)，以期為我國開展地下水污染修復(fù)提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)支持，最后展望了地下水污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向。

地下水污染；滲透性反應(yīng)墻；抽出處理；土壤氣相抽提

1 地下水修復(fù)概述

地下水是我國重要的飲用水源，但近年來，工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，帶來了農(nóng)藥化肥的超量使用、工農(nóng)業(yè)廢棄物不合理的填埋、工業(yè)廢水及城市污水的排放和下滲以及有害有毒廢物的泄漏事故等問題，使得各種有機物、重金屬及放射性有害物質(zhì)進入地下水系統(tǒng)，使得地下水污染逐漸加劇且污染物由單一的污染發(fā)展至混合污染，導(dǎo)致地下水污染情況越來越復(fù)雜。針對這種現(xiàn)狀，地下水污染治理技術(shù)的研究逐漸引起相關(guān)研究人員的重視[1-2]。對于這些污染組分復(fù)雜的污染場地，僅僅依靠傳統(tǒng)地下水污染修復(fù)技術(shù)或單一的修復(fù)技術(shù)達不到治理地下水的良好效果，協(xié)同使用兩種或多種修復(fù)方法，形成聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，可達到同時控制和治理多種污染物的目的。因此，研究復(fù)合法修復(fù)地下水已成為當前國內(nèi)環(huán)保研究的熱點。

2 復(fù)合法修復(fù)技術(shù)

復(fù)合法修復(fù)技術(shù)是兼有兩種或兩種以上技術(shù)屬性的污染處理技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)同時使用了物理法、化學法和生物法中的兩種或兩種以上。例如，滲透性反應(yīng)墻（Permeable Reactive Barrier，PRB）修復(fù)技術(shù)，同時涉及物理吸附、氧化還原反應(yīng)、生物降解等技術(shù)，如化學-微生物的PRB技術(shù)，復(fù)合介質(zhì)的PRB技術(shù)等。抽出處理（Pump-and-Treat，Pamp;T）修復(fù)技術(shù)在處理抽出水時同時使用了物理法、化學法和生物法，是當前應(yīng)用最廣泛、成熟程度最高的技術(shù)。該技術(shù)常與原位生物修復(fù)技術(shù)、原位化學修復(fù)技術(shù)、空氣噴射技術(shù)、原位熱處理技術(shù)聯(lián)用。土壤氣相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）技術(shù)，常與生物通氣、空氣噴射、雙相抽提、熱強化、生物修復(fù)等原位修復(fù)技術(shù)相結(jié)合。例如，注氣-土壤氣相抽提技術(shù)則同時使用了氣體分壓和微生物降解兩種技術(shù)。

2.1 滲透性反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)

滲透性反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)，其原理是在垂直于含有污染物質(zhì)的地下水流經(jīng)方向設(shè)置由活性反應(yīng)介質(zhì)組成的可滲透反應(yīng)墻，在污染物隨著水體流動經(jīng)過反應(yīng)墻時可與活性反應(yīng)介質(zhì)發(fā)生吸附、沉淀、生物降解和氧化還原等作用，可處理包括重金屬、放射性元素、無機陰離子、氯代烴、苯系物、芳香烴等污染物。該技術(shù)對反應(yīng)材料提出了特殊要求，反應(yīng)材料應(yīng)具有持久性強、抗腐蝕性好、粒徑均勻且無二次污染等特點。反應(yīng)材料的填充介質(zhì)有：活性炭，用于去除非極性污染物和四氯化碳、苯等易揮發(fā)的有機物；零價鐵，可降解有機物、重金屬、無機陰離子等污染物；沸石和合成離子交換樹脂，用于去除溶解態(tài)重金屬；灰?guī)r，用于中和酸性地下水及去除重金屬；目前具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料如碳納米管，它對水環(huán)境中的重金屬、有機物污染物具有良好的吸附性能[3-4]。

目前對PRB系統(tǒng)的研究與應(yīng)用越來越深入[5-6]。針對放射性元素污染，如Elena Torres等人利用PRB技術(shù)研究了被137Cs污染的地下水修復(fù)，其滲透性反應(yīng)墻采用黏土和碎木屑，并定期抽樣監(jiān)測五年，從而評估該技術(shù)處理137Cs的效率[7]。針對重金屬污染，Shuning zha等人用活性炭作為填充介質(zhì)構(gòu)建銅的吸附反應(yīng)格柵，聯(lián)合電動修復(fù)技術(shù)，在控制陽極pH值條件下，活性炭對銅的去除率可達96.60%[8]。杜旺兵構(gòu)建了化學-微生物雙介質(zhì)滲透反應(yīng)墻技術(shù)對鉻污染地下水進行了室內(nèi)試驗研究，使用鐵粉、納米復(fù)合材料、鐵屑作為填充介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們對Cr（VI）污染的地下水具有較好的修復(fù)效果[9]。針對有機物污染，K.A.Mumford等人利用滲透性反應(yīng)墻攔截、捕獲和降解燃料泄漏中的總石油氫類化合物，結(jié)果顯示，它可以降低總石油氫類化合物的濃度，同時可降解異養(yǎng)生物的數(shù)量及微生物種群[10]。劉虹等人采用PRB技術(shù)協(xié)同微生物作用對石油烴污染地下水進行室內(nèi)模擬修復(fù)，發(fā)現(xiàn)PRB對石油烴污染地下水具有較好的處理效果[11]。田雷應(yīng)用復(fù)合介質(zhì)PRB技術(shù)，將零價鐵PRB與微生物PRB進行有機整合，用于修復(fù)地下水中以氯代烴和苯系物為代表的混合污染，結(jié)果表明，復(fù)合介質(zhì)PRB技術(shù)去除三氯乙烯和苯系物效果比較明顯[12]。針對其他污染物，狄軍貞等人采用PRB生物修復(fù)技術(shù)處理含有COD、SO42-、NH4

+-N、Fe2+、Mn2+的受污染地下水，結(jié)果顯示，該技術(shù)對受污染的地下水有較好的處理效果[13]。

2.2 抽出處理修復(fù)技術(shù)

抽出處理修復(fù)技術(shù)（Pump-and-Treat，簡稱Pamp;T）[14]，是將受污染的地下水抽出至地表再進行處理的技術(shù)，在處理抽出水時同時使用了物理法（包括吸附法、過濾法、反滲透法、氣吹法等）、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）和生物法（包括活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法和土壤處置法等）。例如，馮雪等人將硝酸鹽污染的地下水抽出到地表后，用提純改性后的凹凸棒石納米鐵復(fù)合材料凈水裝置對其進行處理[15]。處理后的水質(zhì)達到了《地下水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB/T14848-93）Ⅲ類標準。張晶等人通過優(yōu)化傳統(tǒng)的泵出處理技術(shù)，使用多相抽提和原位化學氧化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對某電子機械廠原址約1 500 m2區(qū)域的受污染地下水進行修復(fù)[16]。結(jié)果表明，多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用能夠加快修復(fù)進度、提高修復(fù)效率、節(jié)約修復(fù)成本。文一等人發(fā)明了一種聯(lián)合修復(fù)系統(tǒng)，利用Pamp;T技術(shù)聯(lián)合原位生物修復(fù)系統(tǒng)和熱強化子系統(tǒng)，對受氯代烴污染的土壤和地下水進行分區(qū)修復(fù)[17]。結(jié)果表明，該修復(fù)系統(tǒng)可同時修復(fù)高濃度和中低濃度區(qū)域氯代烴，提高修復(fù)效率，減少修復(fù)費用，實用范圍寬，實現(xiàn)了徹底清除土壤和地下水中氯代烴污染。

2.3 土壤氣相抽提技術(shù)

土壤氣相抽提（Soil Vapour Extraction，SVE）技術(shù)原理是利用物理方法去除不飽和土壤中揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs），用真空設(shè)備產(chǎn)生負壓驅(qū)使空氣流過土壤空隙，從而夾帶VOCs流向抽取系統(tǒng)，抽提到地面后收集和處理。早期的SVE主要用于土壤原位修復(fù)，國內(nèi)已有許多相關(guān)研究介紹[18]。近年來，因為SVE能有效去除VOCs，而且具有易于操作和運行等優(yōu)點，目前已被應(yīng)用于地下水修復(fù)領(lǐng)域中。特別對于石油和化學品泄漏、含油廢水的排放、污水灌溉等造成的土壤和地下水污染，使用SVE可使揮發(fā)性的有機物通過揮發(fā)和解吸等化學和生物作用從土壤和水體中被空氣夾帶出來，從而有效去除揮發(fā)性有機物。鑒于污染物質(zhì)的復(fù)雜性，單一的修復(fù)技術(shù)處理效果不明顯，所以在實際工程處理過程中需要聯(lián)合運用多種處理技術(shù)。例如，將SVE修復(fù)技術(shù)和射頻加熱、空氣噴射、生物通風、注氣等原位修復(fù)技術(shù)相結(jié)合及互補，形成了SVE聯(lián)合技術(shù)。童翼飛發(fā)明了一種用于土壤和地下水修復(fù)的聯(lián)用修復(fù)系統(tǒng)，主要通過原位空氣注射與原位氣相抽提技術(shù)的聯(lián)用來處理地下水污染物[19]。李洪等人指出對于地下儲油罐油品泄漏導(dǎo)致的土壤和地下水污染，由于其中含有揮發(fā)性有機物，人們可以在SVE的抽提井周圍的不飽和區(qū)中輸入熱量，來增強污染物的蒸汽壓，提高污染物的去除率[20]。綜上所述，土壤氣相抽提技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景及市場潛力，在進行基礎(chǔ)理論研究的同時需要進一步加強現(xiàn)場技術(shù)應(yīng)用的研究。

3 結(jié)語

我國地下水污染有日趨嚴重的趨勢，深入研究防治和修復(fù)地下水污染控制技術(shù)對我國經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。常見的地下水處理方法有很多種，隨著地下水修復(fù)技術(shù)的理論研究和實際應(yīng)用逐步成熟，在實際的處理過程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場具體條件，如地形地貌、地下水埋深、地下水流向、含水層的滲透性、污染物的濃度和范圍、污染組分、污染強度、平均污染響應(yīng)時間和氣候水文等因素，選擇合適的處理方法。當下地下水污染處理的主要發(fā)展趨勢為多種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，這樣能夠明顯加快修復(fù)進度，提高修復(fù)效率，節(jié)約修復(fù)成本，達到快速修復(fù)、徹底修復(fù)和永久修復(fù)的目的。

1 Da An，Beidou Xi，Jingzheng Ren，etal.Sustainability assessment of groundwater remediation technologies based on multi-criteria decision making method[J].Resources，Conservation and Recycling，2017，119（1）：36-46.

2 Shu Zhang， Guozhu Mao，John Crittenden，etal.Groundwater remediation from the past to the future：A bibliometric analysis[J].Water Research，2017，119（1）：114-125.

3 Ihsanullah，Aamir Abbas，Adnan M.Al-Amer，etal.Heavy metal removal from aqueous solution by advanced carbon nanotubes：Critical review of adsorption applications[J].Separation and Purification Technology，2016，157（8）：141-161.

4 Jorge Rodrigues Gon?alves.The Soil and Groundwater Remediation with Zero Valent Iron Nanoparticles[J].Procedia Engineering，2016，143（12），1268-1275.

5 馬會強，吳 束，李 爽.零價鐵滲透性反應(yīng)墻原位修復(fù)含砷地下水的柱實驗研究[J].環(huán)境工程學報，2017，11（1）：33-40.

6 Lihui Huang，Gaofeng Liu，Guihua Dong，etal.Reaction mechanism of zero-valent iron coupling with microbe to degrade tetracycline in permeable reactive barrier（PRB）[J].Chemical Engineering Journal，2017，316（15）：525-533.

7 Elena Torresa，Paloma Gómeza，Antonio Garralóna，etal.Evaluation of the Efficiency of a Clay Permeable Reactive Barrier for the Remediation of Groundwater Contaminated with 137 Cs[J].Procedia Earth and Planetary Science，2017，17（1）：444-447.

8 Shuning Zhao，Li Fan，Mingyuan Zhou，etal.Remediation of copper contaminated kaolin by electrokinetics coupled with permeable reactive barrier[J].Procedia Environmental Science，2016，31（1）：274-279.

9 杜旺兵.化學-微生物滲透性反應(yīng)墻（PRB）技術(shù)修復(fù)鉻污染地下水的室內(nèi)試驗研究[D].蘭州：蘭州理工大學，2014.

10 K.A.Mumford，S.M.Powell，J.L.Rayner，etal.Evaluation of a permeable reactive barrier to capture and degrade hydrocarbon contaminants[J].Enviro Sci Pollut Res，2015，31（1）：12298-12308.

11 劉 虹，張?zhí)m英，劉 娜，等.生物可滲透性反應(yīng)墻修復(fù)石油烴污染地下水的效果及微生物多樣性研究[J].環(huán)境污染與防治，2013，35（3）：1-4.

12 田 雷.復(fù)合介質(zhì)PRB去除地下水中氯代烴和苯系物混合污染研究[D].北京：中國地質(zhì)大學，2014.

13 狄軍貞，江 富，李愛華，等.生物可滲透性反應(yīng)墻修復(fù)受污染地下水[J].中國給水排水，2013，29（9）：13-16.

14 Fetter C W.Contaminants hydrogeology.London：Prentice Hall，1999.

15 馮 雪，董 磊，李青云.凹凸棒石納米鐵復(fù)合材料的制備及應(yīng)用探討[J].長江科學學院院報，2016，33（7）：18-21.

16 張 晶，張 峰，馬 烈.多相抽提和原位化學氧化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用[J].環(huán)境保護科學，2016，42（3）：154-158.

17 文 一，李 璐，郜志云，等.一種氯代烴污染土壤和地下水的分區(qū)修復(fù)系統(tǒng)[P]：中國，205042871，2016-02-24.

18 陳志良，董家華，白中炎，等.氣相抽提技術(shù)修復(fù)揮發(fā)性有機物污染土壤的研究進展[A].中國環(huán)境科學學會.2011中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會論文集（第二卷）[C].北京：中國環(huán)境科學出版社，2011.738-741.

19 童翼飛.用于土壤和地下水修復(fù)的聯(lián)用修復(fù)系統(tǒng)[P]：中國，203184331，2013-09-11.

20 李 洪，李鑫鋼，黃國強，等.地下儲油罐污染環(huán)境的工程修復(fù)技術(shù)[J].土壤，2008，40（1）：21-26.

Application and Research Progress on Composite technologies for Contaminated Groundwater Remediation

Li Yanrong, Gan Zhiyong, Liu Hao
(Xuzhou Environmental Monitoring Central Station, Xuzhou 221002, China)

At present, groundwater pollution is becoming more and more serious, and the treatment of groundwater environment pollution has become a global problem.Remediation of contaminated groundwater is a new subject of hydrogeology and environmental science, involving many basic theories and fringe disciplines.Study on the current situation of groundwater pollution remediation this paper respectively discusses the permeable reactive barrier repair technology,extracting repair technology, soil vapor extraction technology of three kinds of typical composite repair technology, in order to provide theoretical basis and technical support for a set for our country to carry out remediation of contaminated groundwater, finally the prospect of development the direction of groundwater pollution remediation technology.

contaminated groundwater; PRB; Pamp;T; SVE

X523 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500(2017)08-0066-04

2017-06-11

李艷榮（1982-），女，江蘇徐州人，碩士研究生，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測工作。