地下水污染的控制与恢复
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发布时间：2022-04-22 04:19
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时间：2023-07-10 00:39
由于地下水一旦被污染，很难在短期内得到恢复，所以应积极采取预防措施，控制地下水污染的发生。对遭受污染的地下水，要及时采取有效的治理措施，使水质得到尽快恢复。该项工作不仅涉及社会各方面和*各部门，还要充分注意到技术上的可行性和经济上的合理性。为此，必须利用系统工程的观点和方法，将科学管理与先进技术紧密结合起来，主要做好下述几个方面的工作。
5.5.1 控制地下水污染的行政措施
（1）首先要通过宣传教育，提高广大群众的“环境意识”和“珍惜地下水资源的意识”，让全社会都关注地下水保护工作。
（2）必须从*到地方建立起一整套赋有行政和法律权利、又有专业职能的行政及专业机构，对包括地下水资源在内的水资源进行统一、科学和严格的管理与保护。水资源的管理和保护机构可以按行政区划或按水文地质单元来设立，以便形成一元化的有权威的管理机构。其职能应该是：指挥和协调有关部门对水资源的开发与保护；监督和检查排废单位的排放情况是否合乎规定；管理管辖范围内的水文地质资料；组织管辖区内防止地下水污染方面的科学研究，为制定与修改有关地下水资源保护的法令、法律条款提供技术论证；管理建井工作；落实并监督有关地下水资源保护的规划、法律和法令的实施情况等等。
（3）实行以法管水。我国已先后制定了环境保*、水污染防治法、征收排放费暂行法和基本建设项目环境保*等一系列法令、法规。尤其《中华人民共和国水污染防治法》第五章第三十二至第三十六条，为防止地下水污染提供了法律保证。各主管部门依据国家的有关法规，应结合本地的具体情况进行落实和实施监督。
（4）在执行水资源保*时，必须贯彻奖励与惩罚相结合的方针。对于实行综合利用、化害为利的单位，应给予减税、免税和价格*的优惠。但对于置国家法律而不顾、随便排放“三废”，肆意污染地下水资源的企事业单位应给予经济制裁，按造成的危害程度判决不同数额得罚款，情节严重的，对当事者要追究刑事责任，对受害单位和个人给予赔偿。
5.5.2 控制地下水污染的技术措施
5.5.2.1 严格控制污染源的排放
如前所述，降水对固体废弃物堆的淋滤，大气中的各种污染物随雨水、降雪落到地面，均可随水渗入地下，液体废弃物更会直接携带污染物入渗，污染土壤和地下水。由于对固体废弃物和大气污染的防治另有章节讨论，故不再赘述。这里仅针对液体废弃物而论。
5.5.2.1.1 改进生产技术，发展无污染的新工艺。如在电镀工艺方面，实行无氰电镀或微氰电镀，消除或减轻了氰的污染。
5.5.2.1.2 发展封闭系统、重复利用废水，减少污水排放量。如加拿大在1976年就建造了世界上第一座不排废水的纸浆厂，废水和化学品在封闭系统中循环使用。
5.5.2.1.3 加强企业的技术改造，实行废水资源化。如造纸厂用水量极大，所排废水中含有大量有机物和某些化学药品，将纸浆废液中的碱和木质素回收，已经产生了很大的经济效益和环境效益。
5.5.2.1.4 坚持严格的废水排放标准，不仅要控制其污染物的浓度，而且还要控制其排放总量。
（1）已经产生的液体废弃物（废水）向地面水水域和城市排水管网排放，必须严格执行“国家污水综合排放标准”（GB8978-88）。对于低于标准中限值的废水，方可向环境中排放。该标准将排放的污染物按其性质分为两类：①第一类污染物，指能在环境或动植物体内蓄积，对人体健康产生长远不良影响者，含有此类有害物质的污水，不分行业和污水排放方式，也不分受纳水体的功能类别，一律在车间或车间处理设施排出口取样，其最高允许排放浓度必须符合表5.3所列规定；②第二类污染物，指其长远有害影响小于第一类污染物质，
表5.3 第一类污染物的最高允许排放浓度（mg/L）
在排放单位排出口取样，其最高允许排放浓度和部分行业最高允许排水定额必须符合表5.4所列规定。按地面水域使用功能要求和污水排放去向，对向地面水水域和城市排水管网排放的污水分别执行一、二、*标准：①特殊保护水域，指国家GB3838-88《地面水环境质量标准》Ⅰ、Ⅱ类水域，例如城镇集中式生活饮用水水源地一级保护区、国家划定的重点风景名胜区水体，不得新建排污口，现有的排污单位由地方环保部门从严控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准；②重点保护水域，指国家GB3838-88Ⅲ类水域和《海水水质标准》Ⅱ类水域，例如城镇集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般经济渔业水域、重要风景游览区等，对排入这些水域的污水执行一级标准；③一般保护水域，指国家GB3838-88Ⅳ、Ⅴ类水域和《海水水质标准》Ⅲ类水域，例如一般工业用水区、景观用水区、农业用水区、港口和海洋开发作业区等，排入这些水域的污水执行二级标准；④对排入城镇排水管网并进入二级污水处理厂进行生物处理的污水应执行*标准。对排入未设置二级污水处理厂的城镇排水管网的污水，必须根据排水管网出水口受纳水体的功能要求按上述②、③条规定，分别执行一级或二级标准。
表5.4 第二类污染物最高允许排放浓度（mg/L）
（2）应按流域或区域实行污染物排放总量控制。根据流域或区域水的环境容量确定允许该水体的污染物容量，称为“容量总量控制”；根据一个既定的环境目标或污染物消减目标确定排污单位的污染物排放总量，称为“目标总量控制”。在确定了允许排入水体的污染物总量后，也应按总体规划分配至各污染源，确定其最大允许排污总量。根据允许的污染物排放总量，各地环保部门可要求排污单位限期治理，发放排污许可证，并通过对污染物排放量的监测确保水体的环境质量。
5.5.2.2 加强对液体废弃物的处理
对不能达到排放标准的废水进行有效的处理，使其所含的污染物分离出来，或将其转化为无害的物质，从而使污水得到净化。
现代的污水处理技术，针对不同污染物的特性，发展了各种不同的污水处理方法，按其作用原理划分为四大类；即物理法、化学法、生物法（生物化学法）和物理化学法（见表5.5）。
表5.5 污水处理方法分类表
污水中的污染物质是多种多样的，不能预期只用一种方法就能够把所有的污染物去除殆尽，一种污水往往需要通过由几种方法组成的处理系统，才能达到处理要求的程度。按处理程度划分，污水处理可分为一级、二级和*处理。
一级处理的内容是去除污水中呈悬浮状态的固体污染物，物理处理法通常只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水仍不宜排放，一般还必须进行二级处理。因此，针对二级处理来说，一级处理又属预处理。
二级处理的主要任务，是对经一级处理后的污水，再用生物法除去污水中呈胶体状态的有机污染物（BOD）。一般地说，经二级处理后，污水已达到排放标准了。长期以来，把生物法处理作为污水二级处理的主体工艺。近年来，有些国家正在研究和采用化学或物理化学法作为二级处理的主体工艺。
污水*处理，又称污水深度处理。污水经二级处理后，仍含有磷、氮、病原微生物和难以生物降解的有机物等，需进行*处理，以便进一步去除上述污染物或回收有用物质，并能使污水经*处理后再次复用。*处理主要是采用物理化学法或土地处理系统。
5.5.2.3 充分利用环境自净能力
充分利用含水层防污性能，以更有效地防止地下水污染的研究是非常重要的。所谓含水层防污性能，是指在一定地质和水文地质条件下含水层防止地下水污染的能力，其取决于含水系统的结构，包括覆盖层岩性、厚度、地面破坏程度、地下水类型、埋深、含水层与隔水层的岩性组合、它们的厚度及其在分布上的连续性等。
德国维尔赫夫（H.Verhuff，1981）在考虑含水层防污性能时，主要依据水文地质结构、包气带的地质条件及土壤条件、地下水埋深或含水层厚度，把含水层防污性能划分为五级（图5.8）。
图5.8 防止来自地表污染的含水层防污性能分类图
关于包气带即覆盖层的防污能力，也有采用覆盖层阻水系数来表示其净化能力的：
环境地质与工程
式中：B——阻力系数，即液体废弃物从地表通过包气带到达含水层的时间；
m1，m2…mn及k1，k2…kn为覆盖层各土层的厚度和相应的垂向渗透系数。
这一表示方法的主要问题是未考虑覆盖层对污染物的化学净化能力。
在研究含水层防污染性能时还应注意到由于地下水的开发引起水文地质条件的改变所可能导致的地下水污染。如过量开采地下水引起咸水入侵等。为避免类似现象发生，应该合理地开发地下水。
5.5.3 受污染地下水的恢复
如前所述，由于种种原因，近年来在我国地下水污染呈逐年加剧之势，如何挽救被污染的地下水使其恢复，是目前水资源保护的一项迫切而艰巨的任务，它已引起国内外环境水文地质工作者的极大兴趣。然而，鉴于治理受污染水层是对受污介质和运动着的地下水同时进行处理，技术难度很大，许多方法尚处于探索阶段。这里仅简单介绍目前普遍采用的一些方法。
5.5.3.1 受污染地下水的自然恢复
地下的土层和含水层是具有自然净化能力的。在污染物进入地下水以及污染物随地下水在含水层的迁移过程中，发生了一系列的稀释、机械过滤、中和与沉淀、吸附和离子交换以及生物降解等物理、化学和生物化学反应，可使污染的地下水得到净化。
由于地质环境的特殊性，地下水在多孔介质中运动极其缓慢，因此，自然净化所需要的时间也是相当长的，即使是在污染源消除之后，也需要数十年甚至上百年才能使地下水在自净过程中恢复。
5.5.3.2 人工净化处理措施
为了加速净化过程，缩短地下水的恢复时间，可以用人工净化处理措施来加强地下水的净化能力，目前常用的有化学处理法和生物处理法。
5.5.3.2.1 化学处理法
化学处理法需要投加化学试剂，该试剂必须针对要清除的污染物，试剂本身及化学反应生成物不应该有任何毒性。生产中已成功采用的化学处理法有如下几种。
（1）用高锰酸钾清除砷：As5+与Ca2+和一些离子形式的化合物溶解性很差，因而在氧化条件下所产生的大量的化合物就会从地下水中沉淀出来。
（2）利用臭氧清除石油和氰：向含水层输入臭氧可以形成分解石油的微生物生长环境，减少溶解有机酸的含量，同时又可促使氰分解。德国曾用此法净化被石油污染的含水层，其过程是用四口深井抽水时，在井底安装臭氧混合装置，使抽到地表的水已与臭氧均匀混合，然后再把抽出的水灌入污染带周围的注水井形成一道高地下水位的水墙，阻止了污染地下水的扩散，从而成功地清除了含水层中的石油和氰。
（3）氧化还原条件下去除铁锰（Vyredox法）：Vyredox法是利用向抽水井周围的含水层注入氧气来形成高氧化还原电位和高的pH值，使Fe、Mn离子在该条件下被氧化而沉淀出来。
如图5.9所示，向井中注入不含Fe、Mn离子且富含氧的水，因而Fe2+在距抽水井较远处即可被较低的氧化还原电位氧化为Fe3+而沉淀下来。在抽水和注入循环过程中，地下水中的微生物也会繁殖起来，相应地，微生物死亡量也会增大，死亡微生物遗体提供了大量的有机碳，又可促使一种能氧化分解Mn的微生物生长，故沉淀去除Mn的作用一般发生在抽水井附近的高Eh 值区域。显然该方法形成的物理、化学及生物条件是除去污染含水层中的Fe离子，然后再去除Mn离子。
图5.9 氧化还原电位条件下去除Fe、Mn的原理示意图
图5.10 地下水污染的就地包气法处理
从地下抽出的污染地下水不能直接用于回灌，而是经过专门处理之后才能输给注水井。净化含水层时一般都设有多个注水井，而每个抽水井的四周又被多个注水井包围起来，抽水井和注水井的总数量应由水文地质条件和污染物的浓度来确定。所有抽水井和注水井都用管道系统连在一起，并与曝气装置和氧气输入装置相连。抽出的地下水先在地表进行净化，将所含污染物去除并收集起来，然后再曝气并输入氧气，经过上述过程后才输向注水井并进行回灌。
用Vyredox法净化含水层运转周期短，见效快，1976年在芬兰研究成功后已逐渐在欧洲一些国家推广，但适用性受水文地质条件和地球化学条件*。
5.5.3.2.2 生物处理法
生物处理法可分为就地处理法和抽出处理法两种。
（1）地下水污染的就地生物处理的形式如图5.10及图5.11所示。图5.10表示了投加营养物、充氧和接种纯菌种等一系列人工强化处理的措施。图5.11则显示了利用地下渗滤床来就地恢复的例子。渗滤床如同一个生物滤池，污染物流通过渗滤处理床时得到净化。针对地下污染区营养物质缺乏，复氧困难与土壤颗粒结合紧密，微生物活力很低的特点，人工处理的强化措施有四条：①添加营养物，营养物以氮和磷为主，并加入各种微量元素，溶解在水中注入受污染的含水层；②复氧，地下复氧是极端缓慢的，强化处理采用的是在回灌水中曝气后注入的充氧方式，在地下污染相当严重的地方，还可采用纯氧和过氧化氢法复氧；③提高生物代谢能力，提高微生物代谢能力可通过就地激活地下微生物或引入新的适于降解污染物的菌种的办法来实现；④减小界面张力，用投加化学剂来减小污染物和地下水之间的界面张力，使污染物容易从吸附土壤上脱离，以提高其生物降解性，化学剂包括分散剂、表面活性剂、萃取剂和乳化剂。
图5.11 地下水污染的就地渗滤床法处理示意图
就地人工强化生物处理可使污染物浓度降低到小于或等于1mg/L，对地下水的恢复时间可比自然恢复时间提前5～10倍甚至更快。
（2）抽出处理是将被污染的地下水抽出后，在地表进行生物处理，其处理形式如图5.12（a）和5.12（b）所示。地下水的人工强化生物恢复技术目前已在发达国家中应用了，但是工程的规模都属于试验性工程，还有待于进一步的完善。
图5.12 污染的地下水抽出处理
