城市水源地地下水污染現(xiàn)狀與防治技術(shù)

羅 躍

（豐順縣水利建設(shè)管理中心，廣東 梅州 514300）

0 引言

當前城市中水資源污染現(xiàn)象十分嚴重，水源地存在多種類型的污染，如果在短時間內(nèi)無法檢測到其污染，將對其產(chǎn)生巨大的危害[1]。當前城市發(fā)展進程過快，造成大量工業(yè)廢水、廢物排放，通過地表滲透及生物鏈運行，其產(chǎn)生的污染對城市的生態(tài)和人類健康都造成了巨大的影響[2]。當前，我國的城市水源地主要有工業(yè)、生活以及自然3個方面的污染。同時，在部分地區(qū)還會出現(xiàn)多種污染類型同時存在的情況，進一步加重地下水的污染程度[3]。為實現(xiàn)對城市水源地的保護，降低地下水的受污染程度，該文以廣東省梅州市豐順縣當前水源地地下水為例，對其污染現(xiàn)狀進行分析，并在該基礎(chǔ)上提出更合理的防治技術(shù)方案。

1 城市水源地地下水污染現(xiàn)狀與防治技術(shù)

1.1 城市地下水污染現(xiàn)狀與概況

該文研究地為廣東省梅州市豐順縣，通過從廣東省梅州市豐順縣水利建設(shè)管理中心獲取與地下水資源相關(guān)的資料，從中獲取所需的信息和數(shù)據(jù)，對其水源地地下水資源質(zhì)量檢測水污染現(xiàn)狀進行分析，結(jié)果見表1。

表1 研究區(qū)域近年地下水資源質(zhì)量檢測結(jié)果

由表1可知，研究區(qū)域潛水總固體背景數(shù)值為380mg/L～820mg/L，屬于低礦化淡水。在檢測區(qū)域范圍內(nèi)，測定總范圍為121mg/L～1052mg/L，平均數(shù)值為726.25mg/L，共有超標點6個，與前一年相比，超標點數(shù)量增加了一個，并且其他各個地段的地下水資源水質(zhì)均沒有達到飲用水標準。且該研究區(qū)域內(nèi)的地下水潛水資源與前一年相比，變化相對較小，并且中的氟化物以及鐵超標得到明顯改善，但總固體、總硬度、氯化物等超標點與前一年相比有所增加。

1.2 城市水源地地下水污染防治技術(shù)

1.2.1 基于地下水水質(zhì)監(jiān)測點布設(shè)的地下水水質(zhì)監(jiān)控

為實現(xiàn)城市水源地地下水污染防治，首先需要對地下水進行實時監(jiān)測與監(jiān)控，以達到及時發(fā)現(xiàn)地下水潛在污染的目的。在該過程中引入水質(zhì)監(jiān)控技術(shù)，結(jié)合研究區(qū)域含水層以及地下水的徑流特征，在綜合考慮污染源、環(huán)境保護等多種因素的情況下，在現(xiàn)有監(jiān)測點基礎(chǔ)上，新設(shè)地下水和地表水體監(jiān)測站[4]。監(jiān)測時需要遵循以下3個原則：第一，城市水源地地下水污染控制重點地區(qū)的加密監(jiān)控，設(shè)置更多的測點；第二，在水源地上游和下游需要進行同步的監(jiān)測，并為后續(xù)監(jiān)測分析和治理提供比較依據(jù)；第三，在監(jiān)測的過程中，需要明確污染源特征污染因子，各個監(jiān)測點可按照不同監(jiān)測目的，適當增加或刪減監(jiān)測項目。充分遵循上述原則，按照圖1完成對地下水水質(zhì)監(jiān)測點的布設(shè)。

圖1 地下水水質(zhì)監(jiān)測點布設(shè)

結(jié)合圖1中的內(nèi)容，按照地下水不同的流動方向，對重點地區(qū)和周圍的地下水環(huán)境監(jiān)測點進行設(shè)置。監(jiān)測的主要內(nèi)容包括上述總固體、總硬度、氯化物等指標以外，還需要對耗氧量、各類金屬物質(zhì)含量、有毒有害物質(zhì)含量、細菌總數(shù)等參數(shù)的測定。在對水樣進行采集時，需要綜合考慮不同類型、不同含水層條件，針對每種條件進行分別采樣。并且在條件相同的含水層內(nèi)，必須沿不同的地下水位深度進行分段采樣，以此能夠通過監(jiān)測得到的結(jié)果對研究區(qū)域地下水污染在垂直方向上的具體變化進行分析[5]。同時，地下水水質(zhì)監(jiān)測點的布設(shè)密度也需要根據(jù)研究區(qū)域水文地質(zhì)條件的復雜程度、要求詳細程度等進行綜合分析后決定。在完成對各個監(jiān)測點的布設(shè)后，需要在布設(shè)點對測試樣本進行采樣，采樣時需要用到的儀器主要有型號為MI-80S的智能型COD分析儀、型號為MI-70SMI-70S的氨氮快速測定儀、型號為HTY-DI-1000的TOC分析儀等，在采集完相關(guān)數(shù)據(jù)后利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行以上主要監(jiān)測內(nèi)容信息的統(tǒng)一處理，將處理完的數(shù)據(jù)按照1∶25000～1∶100000的比例尺制作污染分布圖和離子含量圖，最后結(jié)合污染分布圖和離子含量圖編寫監(jiān)測報告，說明水源地地下水的污染狀況。在了解當前地下水水質(zhì)質(zhì)量的情況下，針對治理難點進行治理，防治水污染。

1.2.2 基于高壓脈沖電凝技術(shù)的固廢處置

在進行地下水水質(zhì)監(jiān)控后，可以及時發(fā)現(xiàn)當前城市水源地地下水污染情況，在該基礎(chǔ)上對地下水污染中的主要污染物——固廢進行處置。對研究區(qū)域地下水資源中存在的總固體超標點數(shù)量較多的問題進行分析，并對該地各類工業(yè)區(qū)排放到水種的尾渣進行固廢處置，并對處理后的尾渣進行毒性浸出檢驗。尾渣中主要包括的化學成分見表2。

表2 尾渣無害化處理前化學成分

由表2可知，研究區(qū)域尾渣無害化處理前的化學成分較多，且大多是有毒和有害物質(zhì)，對地下水質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。為減少其有害物質(zhì)對地下水資源的污染影響，可采用氯氧法的方式實現(xiàn)無害化處理。在處理過程中，通過氯氣的氧化作用，將廢渣中的氰化物氧化，并將其轉(zhuǎn)化為氰化物，然后氧化，生成無害的CO2和單體。在處理時能夠在水溶液中釋放出HClO、Cl2等藥劑，例如漂白粉、漂粉精以及二氧化氯等試劑。上述處理方式已經(jīng)十分成熟，通過該處理方式可以將固廢污染物中的有害物質(zhì)濃度降至0.5 mg/L，甚至更低，同時部分有害物質(zhì)能夠在這個處置過程中進一步水解，并轉(zhuǎn)化成無毒物[6]。同時，尾礦中的一些有毒重金屬可以轉(zhuǎn)化成難溶性的沉淀物，從而使排出的水中重金屬污染物濃度達到國家規(guī)定的排放標準，以此實現(xiàn)對固廢的處理。為達到該目標，該文主要通過高壓脈沖電凝技術(shù)對重金屬污染物進行處理，工藝流程如圖2所示。

由圖2可知，高壓脈沖電凝技術(shù)主要通過調(diào)節(jié)池、高壓脈沖電凝機、中間池、沉淀池、過濾塔、清水池以及污泥進行水體重金屬污泥沉淀、過濾以及達標排放，在該過程中，并使用污泥濃縮池和脫水機去除水資源中的泥渣。高壓脈沖電凝技術(shù)的重點在于使用高壓脈沖電凝機，該文采用復極式的電絮凝反應(yīng)設(shè)備，僅有兩端的電極與電源兩端相連，每個電極的兩面的極性相反，即一面為陽極，則另一面為陰極。采用高壓脈沖電凝技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)固廢處理的原理為在復極式高壓脈沖電凝機設(shè)備中，電極和直流電源連接，在電場感應(yīng)電流作用下，極板兩面分別發(fā)生陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)。

圖2 高壓脈沖電凝技術(shù)工藝流程

陽極反應(yīng)如下：

陰極反應(yīng)如下：

通過上述化學方程式可以看出，高壓脈沖電凝機設(shè)備陽極板能夠產(chǎn)生具有極強氧化能力的新生態(tài)氧分子（O2），以氧化污水中的有機物；極板析出的Fe2+被氧化后經(jīng)反應(yīng)生成沉淀；陰極板能夠產(chǎn)生具有很強還原能力的新生態(tài)氫分子（H2），能夠?qū)⒅亟饘匐x子形成沉淀，以達到對固廢進行處理的目的[7]。同時在放電過程中，該技術(shù)還可產(chǎn)生微小氣泡，能夠去除污水中的懸浮物等，通過這種方式能夠進一步提升水資源質(zhì)量，減少重金屬污染物對城市水源地地下水資源的污染，同時避免水體二次污染的情況。

1.2.3 基于功能分區(qū)的生態(tài)保護恢復

在進行固廢處置后，可以使水源地地下水污染情況得到緩解，但當?shù)剡€存在生態(tài)環(huán)境破壞的情況，想要防治水污染，還需要在采用上述2種防治技術(shù)后，引入生態(tài)保護恢復技術(shù)。在具體應(yīng)用中，需要采取多種生態(tài)保護措施：1）在開展各項工業(yè)活動時，應(yīng)當盡可能少地占用土地，并將臨時占地控制在最小范圍內(nèi)，減少對周圍植被的破壞。2）針對土壤進行保護和利用。土壤是一種在長期的物理、化學和生物作用下，由大量的營養(yǎng)物質(zhì)和有機質(zhì)組成的成熟土壤。在開展各項工業(yè)活動前，需要將表層熟化的土壤進行集中堆放，并在完成工作活動后，將土壤回填在原來的位置上，針對不能回填的土壤需要及時運輸?shù)缴嫌沃?，進行臨時堆放。3）在完成工業(yè)活動后，還需要開展覆土和土地平整工程。覆土可分為壩體覆土和庫面覆土。在進行覆土后，需要通過人工的方式實現(xiàn)對覆土的整平，其厚度應(yīng)當控制在0.6 m左右，表面覆土應(yīng)進一步劃分為2個基本層，一層為阻隔層，一層為覆蓋層。在完成覆土后，采用機械設(shè)備進行整平，要求整平后其坡度不得超過5°。除上述防治措施以外，為實現(xiàn)植被的恢復，還需要種植草種，在覆土上可直接播撒，在庫面頂部上需要在確保平整后，再進行播撒。在對水源地地下水進行生態(tài)保護恢復時，需要結(jié)合區(qū)域內(nèi)水資源的實際條件、環(huán)境等自然屬性和水資源的開發(fā)利用現(xiàn)狀以及社會發(fā)展對水質(zhì)提出的要求等社會屬性，將一定范圍內(nèi)的水域劃分為特定功能，并對其進行重點保護，如圖3所示。

圖3 按功能分區(qū)劃分水源地地下水

圖2中保護區(qū)、保留區(qū)等為一級區(qū)劃，用來協(xié)調(diào)水資源的發(fā)展和保護；飲用水源區(qū)、工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)為二級區(qū)劃，對不同行業(yè)領(lǐng)域和地區(qū)間的水資源協(xié)調(diào)。在對具體處理技術(shù)進行選擇時，可選用集中式污水處理技術(shù)（物化處理和生化處理）、分散式污水處理技術(shù)（生化處理和生態(tài)工程）和農(nóng)田化肥農(nóng)藥減量處理技術(shù)（種植制度和優(yōu)化施肥），其中第一種技術(shù)主要應(yīng)用于點源地下水污染治理；第二種技術(shù)和第三種技術(shù)主要應(yīng)用于面源地下水污染治理。通過對多種技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)對地下水環(huán)境的生態(tài)保護和恢復。

至此，完成城市水源地地下水污染防治技術(shù)的設(shè)計。

2 試驗對比

為了驗證該文設(shè)計的城市水源地地下水污染防治技術(shù)的有效性，將該文設(shè)計技術(shù)與文獻[2]中的技術(shù)進行對比，在研究區(qū)域應(yīng)用一個月后，可得到不同防治技術(shù)應(yīng)用后的水資源質(zhì)量指標變化結(jié)果。見表3。

表3 不同防治技術(shù)應(yīng)用后水資源質(zhì)量指標變化情況

根據(jù)表2中的試驗結(jié)果可知，在應(yīng)用兩種防治技術(shù)后，城市地下水污染得到明顯改善，這是因為兩種技術(shù)都采用了綜合性的防治手段，能夠提升污染治理效果。但對數(shù)據(jù)進行詳細分析后可以發(fā)現(xiàn)，該文設(shè)計技術(shù)應(yīng)用后，地下水水資源質(zhì)量指標變化幅度更大，無論在總固體、總硬度、氯化物、硫酸鹽以及硝酸鹽的治理方面的測值平均值都得到了有效降低，降低后的數(shù)值分別為232.34 mg/L、151.14 mg/L、6.75 mg/L、32.21 mg/L以及1.10 mg/L，而文獻[2]中技術(shù)應(yīng)用后相關(guān)數(shù)值分別為532.17 mg/L、236.15 mg/L、56.22 mg/L、56.38 mg/L以及6.43 mg/L，可見該文設(shè)計技術(shù)測值平均值遠遠低于文獻[2]中技術(shù)的測值平均值，證明該文設(shè)計技術(shù)的防治效果更佳，與文獻[2]中的防治技術(shù)相比更具有優(yōu)勢。

綜上所述，該文設(shè)計技術(shù)在城市水源地地下水污染防治方面的優(yōu)勢較為明顯，具有一定應(yīng)用價值。

3 結(jié)語

水資源在城市的建設(shè)與發(fā)展中有舉足輕重的作用，也是促進城市經(jīng)濟發(fā)展的一個重要因素?；诔鞘兴吹氐叵滤Y源的重要性，該文以廣東省梅州市豐順縣區(qū)域內(nèi)的地下水為例，對其當前地下水污染現(xiàn)狀進行分析，并介紹了多種防治技術(shù)。通過應(yīng)用各項防治技術(shù)，在加強污水處理力度的同時，也能夠有效增強周圍居民環(huán)保意識，在實現(xiàn)對城市生態(tài)環(huán)境保護的同時，有效提升城市整體經(jīng)濟效益和社會效益，對城市未來的可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。