城市地下水污染的修復治理路徑研究

李天進，劉 棟

（煙臺市生態(tài)環(huán)境局招遠分局，山東煙臺 265400）

現(xiàn)階段城市的發(fā)展需要多種類型的社會結(jié)構(gòu)組成，在京津冀、江浙滬和港澳臺等地區(qū)城市中，工業(yè)企業(yè)的發(fā)展迅速，但是所帶來的城市地下水污染也相對比較嚴重，地下水污染也會污染土壤和其他水體。由于地下水具有隱蔽性、長期性和難以恢復性的特征，在對地下水進行治理過程中，面臨著地下水質(zhì)樣本的獲取困難、污染源的識別困難、分析技術(shù)的要求高、治理困難，即便將污染源全部清理干凈，地下水質(zhì)的恢復也是一個漫長的過程。對此，為進一步提高城市地下水污染的防控力度，提高地下水污染檢測與修復治理路徑，將以工業(yè)城市地下水污染為背景，對其地下水污染物和污染修復治理路徑進行探究。

1 城市地下水污染的特征與危害

1.1 城市地下水污染特征

1.1.1 隱蔽性

城市地下水與地表水相比，因地理環(huán)境與結(jié)構(gòu)的不同，所以污染問題難以被常規(guī)監(jiān)測方法所發(fā)現(xiàn)。例如，地表水若遭到污染則可以借助觀察顏色、氣味和水生動植物等方法進行檢測，但是若地下水遭到污染，則需要通過鉆孔取樣的方式獲取污染信息，從近幾年發(fā)生的城市地下水污染問題可知，多數(shù)地下水污染皆在出現(xiàn)明顯的社會影響和地表水污染等問題后才會得到關(guān)注，由此可知城市地下水污染具有隱蔽性特征[1]。

1.1.2 長期性

由于地下水在含水層中的運動特征較為復雜，并且在大部分時間地下水的運動情況都是較為緩慢的，因此，城市地下水污染具有長期性，運動的遲緩意味著交換能力較差，進而就意味著即便在污染后采取相關(guān)的治理修復措施，對污染源頭進行了徹底清除，地下水的水質(zhì)也難以在短期內(nèi)完全恢復。

1.1.3 不可逆性

城市地下水的不可逆性是指其流動性與凈化能力較差，通常無法通過常規(guī)的污染檢測方式提前預防，污染問題皆需要經(jīng)過較長時間的演變才可被發(fā)現(xiàn)，因此會在一定程度上增加污染檢測的修復和治理難度。因此，現(xiàn)階段對城市地下水污染控制皆集中在污染源頭，通過控制企業(yè)排放的方式實現(xiàn)地下水污染的治理。

1.2 城市地下水污染的危害

1.2.1 對周邊地區(qū)的危害

城市地下水污染會流經(jīng)周邊地區(qū)，對地表水和抽取地下用水造成污染。其中，地表水污染多會造成自然界動物的危害，同時還會對周邊地區(qū)的植物產(chǎn)生一定影響，而抽取地下用水則會對地區(qū)下的農(nóng)戶和灌溉莊稼造成影響，進而使農(nóng)戶的身體健康遭到威脅，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量。

1.2.2 對城市的危害

通常城市用水皆來自城市周邊地區(qū)的地下水或地表水，通過一系列凈化和過濾使其達到飲用水的標準，但是若城市污染地下水流經(jīng)城市飲用水水源地，則會直接對凈化后的水質(zhì)造成影響，當飲用水被有機物質(zhì)污染后，會間接造成飲用者的肝癌、胃癌、肝炎以及結(jié)腸癌等疾病[2]。此外，由于地下水被污染，會導致水質(zhì)下降，在工業(yè)生產(chǎn)時則會提高用水處理的費用，影響產(chǎn)品的質(zhì)量，并且還會造成區(qū)域地下水資源可利用的程度下降，從而會為當?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟的投資與發(fā)展規(guī)劃造成一定的阻礙，進而間接造成區(qū)域經(jīng)濟的損失。

1.3 常見的城市地下水污染物類型

雖然不同條件城市的地下水污染物的具體類型存在一定的差異，但常見的城市地下水污染物類型大同小異，主要為城市中垃圾填埋場周邊污染以及工業(yè)三廢造成的污染，其中垃圾填埋場造成的污染主要是因為垃圾在衛(wèi)生填埋后，會產(chǎn)生甲烷以及滲濾液等次生產(chǎn)物，未能及時、有效的處理則會滲入到土壤之中，進而使?jié)B濾液中重金屬、細菌等進入到地下水中形成污染。而工業(yè)三廢造成的污染則是對工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣、廢水、固體廢物未能進行治理實現(xiàn)達標排放，廢氣直接排放到大氣之中，經(jīng)由大氣循環(huán)進入城市水循環(huán)；氨氮濃度等超標的廢水排入水體之中形成污染，固體廢物在存放的過程中會由于雨水的淋濾和分解作用，進入土壤內(nèi)部進而影響地下水。

2 城市工業(yè)污染的現(xiàn)狀與污染源

2.1 城市化工場地現(xiàn)狀

以我國京津冀地區(qū)的化工企業(yè)為例，該地區(qū)屬于重化工產(chǎn)業(yè)地區(qū)，轄區(qū)內(nèi)擁有以滄州、天津以及唐山為代表的眾多化工產(chǎn)業(yè)基地，并且還擁有20余個大型化工園區(qū)，轄區(qū)內(nèi)分散經(jīng)營危險化學物品的生產(chǎn)單位萬余家，具有眾多潛在的化工污染源。近年來，隨著城市空間管理規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)變動，多數(shù)化工企業(yè)已經(jīng)從城市搬出，由于后續(xù)的管理工作問題導致廢棄廠區(qū)的設備和生產(chǎn)殘留仍未得到良好的解決，在經(jīng)過長時間的環(huán)境影響下，化學污染物將會逐漸滲透進廠區(qū)的地下水，并不斷對廠區(qū)土壤和地下水造成侵蝕。對此，該地推出幾項重點治理京津冀地區(qū)的地下水污染防治政策，以期協(xié)助化工企業(yè)進行廢棄廠區(qū)的治理。

2.2 污染物方面

2.2.1 NAPL

當?shù)貐^(qū)下地下水所含有機污染物濃度大于其溶解度的1%時，便有可能存在非水相液體即NAPL。城市化工地區(qū)典型NAPL 可分為以苯系物為主的LNAPL（light non-aqueous phase liquid， 輕質(zhì)非水相液體）和以氯代烴為主的DNAPL（dense nonaqueous phase liquid，重質(zhì)非水相液體）。NAPL 仍是現(xiàn)階段城市地下水污染修復的難題，特別是DNAPL，其污染具有在地下水中不斷向下遷移的態(tài)勢，并在沉積的過程中吸附到低滲透地層中，成為地區(qū)水下長期存在的二次污染源，若不及時治理容易造成反向擴散污染問題，增加原地下水修復所需的成本與難度[3]。

2.2.2 有毒副產(chǎn)物

在現(xiàn)有城市地下水原位修復活動中，經(jīng)常會出現(xiàn)因有機物得不到完全降解而產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物的情況。例如三氯乙烯發(fā)生的脫氯還原反應，在該反應過程中會生成毒性更高的氯乙烯。即使是苯也會在降解中產(chǎn)生乙醛等有毒的中間產(chǎn)物。從國外一些城市地下水治理工程的結(jié)果可知，忽略無污染物產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)物極易造成場地修復后的二次污染，造成污染地區(qū)內(nèi)多種污染物并存的現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.3 新興污染物

現(xiàn)階段城市地下水污染物隨著新材料領(lǐng)域的發(fā)展而出現(xiàn)多種不同的特殊污染源，例如常見的防腐劑、增塑劑以及表面活性劑等化學物質(zhì)。目前，國內(nèi)外針對城市地下水污染的相關(guān)法律法規(guī)與指導性文件均重點針對常見地下水污染物，而對新興地下水污染物的修復治理標準仍不夠完善。同時，一些適用于新興地下水污染物的修復治理技術(shù)仍處于實驗階段，并不能確?？梢酝耆_到修復目標的目的。例如全氟和多氟烷基物質(zhì)因其具有較高的熱穩(wěn)定性和化學惰性，所以該類污染物易溶于水但難被自然界降解。

3 城市地下水污染的修復與治理路徑

3.1 合理規(guī)劃各流域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展

為保障各地區(qū)的供水安全，應當做好城市供水網(wǎng)絡的規(guī)劃建設，同時加強企業(yè)間的規(guī)劃關(guān)系，有效調(diào)整上下游具有污染排放可能的企業(yè)，通過遷移或產(chǎn)業(yè)整改的方式加強企業(yè)污染控制與管理。通過對本市地下水自然恢復能力的調(diào)查，結(jié)合地下水的流向和涉及地表水的關(guān)系不斷提出合理的城市工業(yè)產(chǎn)業(yè)空間布局，并構(gòu)建不斷完善的科學地下水污染的補償機制，通過重點控制上游區(qū)域的化工企業(yè)污染排放，降低對城市地下水的污染。此外，城市地下水的質(zhì)量監(jiān)督還應當做到企業(yè)、政府以及檢測單位的相互監(jiān)督，對可能影響城市地下水質(zhì)量的活動各方皆有一票否決權(quán)，以期通過各方監(jiān)督的方式逐步提高城市地下水的質(zhì)量[4]。

3.2 健全地下水監(jiān)測網(wǎng)絡

為實現(xiàn)對于城市地下水污染的修復與治理，建立健全的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡具有必要性。與發(fā)達國家相比，我國的地下水監(jiān)測體系和網(wǎng)絡建設相對較為滯后，監(jiān)測網(wǎng)絡建設的滯后造成了對地下水監(jiān)測和開發(fā)利用的局限性。因此，為控制和降低城市地下水污染情況，提高地下水的利用效率，既要嚴格、科學地控制地下水資源的利用，還要在此基礎(chǔ)上，提高對于地下水環(huán)境監(jiān)測的重視程度以及投入力度，充實、完善現(xiàn)有的地下水監(jiān)測網(wǎng)絡，實現(xiàn)地下水監(jiān)測質(zhì)量的提升、效率的提升以及對地下水情況的實時掌控。對于地下水重點污染區(qū)域，除了要提高監(jiān)測力度之外，還應對地下水信息以及動態(tài)變化特征進行定期的調(diào)查、研究與分析，通過嚴謹?shù)目茖W分析為后續(xù)地下水利用效率的提高提供參考與指導，從而實現(xiàn)地下水資源的可續(xù)性發(fā)展，進而實現(xiàn)社會以及經(jīng)濟的可持續(xù)性發(fā)展。

3.3 ISTD

ISTD 是色譜測量中的內(nèi)標法，該技術(shù)可在需要治理的區(qū)域地下布設間接或直接的加熱裝置，使污染地下水的有機污染物能夠轉(zhuǎn)化成氣相污染物質(zhì)，并借助配套設備給予抽采和集中治理?，F(xiàn)階段該技術(shù)多用于具有低滲透性城市污染地層中的NAPL 去除活動，特別是對DNAPL 的治理效果尤為顯著。DNAPL 污染源會在地下水的作用下向下遷移逐漸形成多個DNAPL 滯留區(qū)，從而不斷溶解釋放形成一個區(qū)域性的污染源。因使用設備不同，ISTD 可結(jié)合傳熱方式將治理方法分為蒸汽熱脫附、電阻熱脫附和熱傳導熱脫附等三種方法，同時ISTD 還可以結(jié)合運行溫度將其分為高溫熱脫附和低溫熱脫附兩種。其中，高溫熱脫附技術(shù)的最佳使用范圍為315～340℃，而低溫熱脫附技術(shù)的最佳使用范圍為95～315℃。ISTD 是否可以有效除去NAPL 和污染羽中殘留的污染物，且明顯降低滲透性介質(zhì)中地下水污染物的反向擴散情況，是當前ISTD 技術(shù)使用效果的評估重點。ISTD 技術(shù)雖具有較高的修復效率和較低的修復時間，但是需要較高的資金投入和運行維護成本的支出才能夠發(fā)揮該技術(shù)的應用效益，具有一定的使用局限性。

3.4 增溶增流

現(xiàn)階段城市地下水NAPL 污染物的增溶增流能夠借助表面活性劑強化含水層的方式給予修復。該技術(shù)需要以井間水動力條件為基礎(chǔ)，使治理用表面活性劑沖洗液能夠完全沖刷到含水層的各個NAPL 污染區(qū)域，由此提高污染物的地下水水相溶解度，增強其在地下水環(huán)境中的遷移性能，以此達到加速地下水污染源的釋放和去除過程，實現(xiàn)含水層修復的目的。傳統(tǒng)用于城市地下水污染的單一表面活性劑及其沖洗模式實際處理效率較低并且修復成本過高，由此可通過改良活性劑的方式提高體系的表界面活性以及膠束結(jié)構(gòu)，使其能夠在治理新興污染物時具有更高的增溶增流性能[5]。為達到更為良好的去除污染物的目的，現(xiàn)階段表面活性劑強化含水層修復技術(shù)常與其他修復技術(shù)相結(jié)合，并作為地下水修復技術(shù)的輔助技術(shù)。從該技術(shù)的應用角度出發(fā)，其活性劑的種類、復配劑量和復配方式都將會影響其表面活性劑強化含水層修復效果，因此在制作活性劑的過程中應當注意復配比例。

3.5 緩釋長效修復技術(shù)

借助緩釋材料提出的地下水污染修復技術(shù)可作為ISCO 的輔助或替代選擇，例如使用ISCO 使城市地下水污染物的濃度快速下降，然后使用緩釋材料進行長久修復，即可預防ISCO 技術(shù)的多次藥劑注入操作所帶來的二次污染[6]。同時，因緩釋材料具有一定的持續(xù)性和緩慢釋放能力，能夠在地下水空間中起到較高的治理效率和修復長效性，可以有效避免地下水含水層土壤出現(xiàn)堵塞和污染物反彈與拖尾等情況發(fā)生。但是現(xiàn)階段適用于新興地下水污染物材料的緩釋氧化劑多處于實驗階段，并未將該技術(shù)應用到實際的城市地下水污染治理工作中。例如在京津冀某化工廠的地下水苯污染治理活動中，便開展基于ZVI 活化的硫酸鹽緩釋材料實地試驗，在試驗過程中投加的緩釋材料在前4個月的監(jiān)測中，其地下水苯濃度出現(xiàn)一定程度的下降，但是實際下降結(jié)果仍在監(jiān)測記錄中。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段城市地下水污染源多為新興產(chǎn)業(yè)所排放的特殊污染物，通過傳統(tǒng)方法已經(jīng)無法及時準確地對其污染程度進行檢測，并無法完全對污染物進行根治，容易造成地下水的二次污染。對此，對幾種適用于新興污染物污染城市地下水的治理方法進行分析，明確治理技術(shù)的應用以及發(fā)展現(xiàn)狀，為新興地下水污染治理技術(shù)的發(fā)展提供參考。