我国地下水污染现状及治理技术分析两篇Word文档格式.docx
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离子态污染物、分子态污染物、简单有机污染物、复杂有机污染物、颗粒状污染物;
㈢按污染物对地下水的影响特征可分为:
感官污染物、卫生污染物、毒理学污染物、综合污染物。
2.2地下水污染的来源
按引起地下水污染的自然属性可划分为:
天然污染源(如地表污水体、地下高矿化度水或其它劣质水体、含水层或包气带所含的某些矿物等)和人为污染源。
人为污染源又根据产生各种污染的部门和活动划分为:
工业污染源、农业污染源、生活污染源、矿业污染源。
按污染的几何形状特征可划分为:
点污染源(如城市污染和工矿企业污水排放口等)、线污染源(如被污染的河流),面污染源(如用污水灌溉等),按污染物的运动特性划分为:
固定源、移动源。
从我国地下水现状污染情况看,地下水污染主要来自人类活动的影响。
2.2.1工业污染源
工业污染源主要指未经处理的工业“三废”,即废气、废水和废渣。
工业废气如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物质会对大气产生严重的一次污染,而这些污染物又会随降雨落到地面,随地表径流下渗对地下水造成二次污染;
未经处理的工业废水如电镀工业废水、工业酸洗污水、冶炼工业废水、石油化工有机废水等有毒有害废水直接流入或渗入地下水中,造成地下水污染;
工业废渣如高炉矿渣、钢渣、粉煤灰、硫铁渣、电石渣、赤泥、洗煤泥、硅铁渣、选矿场尾矿及污水处理厂的淤泥等,由于露天堆放或地下填埋隔水处理不合格,经风吹、雨水淋滤,其中的有毒有害物质随降水直接渗入地下水,或随地表径流往下游迁移过程下渗至地下水中,形成地下水污染。
2.2.2农业污染源
农业污染源主要来源于土壤中的剩余农药、化肥和废污水灌溉等。
一些常效农药如DDT、六六六等,由于它们在自然界比较稳定,在一定的时间内,会残留在土壤、水域及生物体内,并随着食物链逐步在人体内,引起一些不良后果。
常用的化肥有氮肥、磷肥、钾肥等,土壤中这些剩余的肥料将随下渗水一起淋滤渗入地下水中,引起地下水污染。
污水灌溉虽然在一定程度上可以使土壤的含氮量增加,土壤肥力大大增加,但另一方面,因污水含有各种有毒有害物质,长期使用污水灌溉,可能引起对农作物、土壤及地下水的污染,甚至造成农作物的减产。
2.2.3生活污染源
随着我国城镇化步伐的加快,生活垃圾与生活污水量激增,由于无害化处理率低,造成对陆地生态环境和水生态环境的严重污染。
我国每年累计产生垃圾达720亿吨,占地约5.4亿平方米,并以每年占地约3000万平方米的速度发展,全国已有200多个城市陷入垃圾重围之中。
由于填埋技术的落后和选址不当,这些废物在生物降解和雨水淋滤的作用下,产生CL-、SO42-、NH4+、生化需氧量,总有机碳和悬浮固体含量高的淋滤液,并产生CO2和CH4,这些垃圾的随意堆放,最终以污水形式补给并污染地下水,特别我国地下水埋深较浅的广大地区。
2.2.4采矿活动污染
由于采矿活动破坏了原有地质结构,使氧化环境加强,经过一系列反应,使水呈酸性会形成PH值低于6的酸性矿井水,酸性矿井水会下渗污染下伏含水系统,或者经排水污染地表水水源。
同时由于矿坑排水降低了地下水,使原来处于饱和带的矿体岩转化为包气带,有些难溶矿物可转变为易溶矿物,经过风化、雨水渗入淋滤,或由于暂时停止抽水,水位回升时的溶解,是矿区地下水中增加某些成分,造成地下水水质恶化。
此外矿区大量积存露天堆放的含硫化物等有害成分的煤矸石和废渣,经同化、淋溶、水蚀作用,形成酸性水流流入河道,渗入地下,使河川径流和浅层地下水遭受污染。
2.2.5自然污染
有些地区,由于特殊的自然环境与地质环境,地下水天然背景不良,有毒有害成分超标。
我国部分地区分布有高砷水、高氟水、低碘水等。
全国约有1亿多人在饮用不符合标准的地下水,使这些地区长期以来一直遭受砷中毒(皮肤癌)、地甲病、地氟病、克山病等地方病困扰。
2.2.6地下水超采引起的污染
地下水超量开采引起地下水位持续下降,形成大面积的降落漏斗,改变了动力条件,引起水质不佳的浅层水越流补给深层水;
同时含水层漏斗部分的氧化还原条件增强,促使土体中有机物分解,使二氧化碳分压增大,加之生活污染物进入土体,污染物中有机物质的分解也使二氧化碳分压增大的复合作用,促进土体中难溶的方解石、白云石的溶解,钙、镁离子转入地下水中,这是漏斗区总硬度升高的重要原因。
地下水污染的控制修复技术
鉴于地下水有机污染的严重性,国外学者广泛开展地下水有机污染控制及就地恢复技术的研究。
所谓“污染控制”是指采用各种防护策略和工程措施控制污染源,使其进入地下水系统的污染物减少到最低限度;
或者是把已污染的地下水控制在一定范围内防止其扩散到未污染区。
自开展地下水污染治理至今,地下水修复技术在大量的实践应用中得以不断改进和创新。
目前,较典型的地下水污染修复技术主要有以下2种:
抽出-处理技术(异位处理技术)和原位处理技术。
3.1抽出处理技术
抽出处理(Pump-Treat)技术,简称P&
T技术,P&
T技术是最早出现的地下水污染修复技术,也是地下水异位修复的代表性技术。
自20世纪80年代开展地下水污染修复至今,地下水污染治理仍以P&
T技术为主。
传统的P&
T技术是把污染的地下水抽出来,然后在地面上进行处理。
近年来,随着污染治理研究的不断深入,该技术已有了更广泛的含义,只要在地下水污染治理过程中对地下水实施了抽取或注入的,都归类为P&
T技术。
P&
T技术概念模型见图1。
图1 P&
T技术概念模型
T技术的修复过程一般可分为两大部分:
地下水动力控制过程和地上污染物处理过程。
该技术根据地下水污染范围,在污染场地布设一定数量的抽水井,通过水泵和水井将污染了的地下水抽取上来,然后利用地面净化设备进行地下水污染治理。
在抽取过程中,水井水位下降,在水井周围形成地下水降落漏斗,使周围地下水不断流向水井,减少了污染扩散。
最后根据污染场地的实际情况,对处理过的地下水进行排放,可以排入地表径流、回灌到地下或用于当地供水等。
T技术适用范围广,对于污染范围大、污染晕埋藏深的污染场地也适用。
但其自身也存在一些局限性:
①当非水相溶液出现时,由于毛细张力而滞留的非水相溶液几乎不太可能通过泵抽的办法清除;
②该技术开挖处理工程费用昂贵,而且涉及地下水的抽提或回灌,对修复区干扰大;
③如果不封闭污染源,当停止抽水时,拖尾和反弹现象严重;
④需要持续的能量供给,以确保地下水的抽出和水处理系统的运行,同时还要求对系统进行定期的维护与监测。
3.2原位修复技术
原位处理法是地下水污染治理技术研究的热点,不但处理费用相对节省,而且还可减少地表处理设施,最大程度地减少污染物的暴露,减少对环境的扰动,是一种很有前景的地下水污染治理技术(魏艳民,20XX)。
较典型的原位修复技术有:
渗透性反应墙(PermeableReactiveBarrier)修复技术(简称PRB技术)、土壤气相抽提(SoilVaporExtraction)技术(简称SVE技术)、空气注入(AirSparging)修复技术(简称AS技术)、植物修复(Phytoremediation)技术以及原位稳定-固化技术。
3.2.1渗透性反应墙修复技术
PRB技术的修复原理是:
沿地下水流方向,在污染场地下游安置连续或非连续的渗透性反应墙,使含有污染物质的地下水流经渗透墙的反应区,通过地下水与反应墙中添加剂的化学反应达到去除污染物质的目的,并利用PRB物理屏障阻止污染晕向下游进一步扩散(张文静等,20XX)。
其概念模型见图2。
图2 PRB技术概念模型
PRB技术一般根据不同污染场地特点,在反应墙中添加相应的化学试剂。
通常情况下,Fe是最为广泛应用的反应剂,其对常见的有机污染物及无机污染物去除效果较好。
PRB技术的工程设施较简单,安装操作可一次完成,大大降低了修复后期的运转及维护费用。
并且,可根据污染物场地特点及治理目标选择相应的修复设计方案,优化修复过程,提高修复效率。
但是,该技术也存在一些局限性。
与P&
T技术相比较,工程设施投资较大。
抽出-处理工程所采用的钻井等设备在污染治理完毕以后还可以用于其他方面,如地下供水、人工回灌等,而渗透性反应墙设施则不具备这一条件。
另外,渗透性反应墙修复工程一经投入,其设施就已固定在地下,很难再对治理方案做出修改或改动。
3.2.2土壤气相抽提技术
SVE是对土壤挥发性有机污染进行原地恢复、处理的一种新方法,它用来处理包气带中岩石介质的污染问题。
使包气带土(或土-水)中的污染质进入气相,进而排出。
SVE系统要求在包气带中设立抽气井(井群),使用真空泵在地表抽取包气带中的空气,抽出的气体要经过除水汽和碳吸附后排入大气。
其概念模型见图3。
图3SVE技术概念模型
根据Michael等的研究工作(赵勇胜等,19XX),随着包气带岩性的变化,SVE抽气井的有效半径为6~45m;
当平均渗透系数为10-4cm/s时,SVE系统的深度可达7m。
当然,SVE系统还可以增加一些措施进行改进,如:
在地表进行覆盖以避免抽气井附近地表空气直接进入形成“短路”,在这种情况下,抽气井有效半径可以达到90m,可以在污染了的土壤附近设置空气补给井,以加强空气在包气带中的运动,或在补给井中加压注气,等等。
3.2.3空气注入修复技术
AS技术是在SVE技术的基础上发展起来的,20世纪80年代中期最早应用在德国随后迅速发展至美国以及欧洲的其他国家。
近年来,AS技术已成为地下水原位处理技术的首选。
其概念模型见图4。
图4 AS修复技术概念模型
该技术通常用来治理地下饱和带(饱水带及毛细饱和带)的有机污染,一般与SVE技术联合使用,其修复原理为:
通过向地下注入空气,在污染晕下方形成气流屏障,防止污染晕进一步向下扩散和迁移,在气压梯度作用下,收集地下可挥发性污染物,并以供氧作为主要手段,促进地下污染物的生物降解(范伟等,20XX)。
修复过程中发生的质量迁移转化机制较复杂,在不同的修复阶段,控制修复速率和效率的机理也不同。
另外,随着场所地质条件的变化,各种机理对AS技术修复作用的贡献也不同。
AS技术具有如下特点:
①设备简单,安装方便,易操作;
②修复效率高,治理时间短,一般情况下修复期为1~4a;
③更适于消除地下水中难移动处理的污染物;
④现场原位修复,对修复点干扰小。
该技术的局限性主要有以下几点:
①对于非挥发性的污染物不适用;
②受地质条件限制,不适合在低渗透率或高黏土含量的地区使用;
③不能应用于承压含水层及土壤分层情况下的污染物治理。
3.2.4植物处理技术
植物处理方法(Phytoremedia-tion)使用植物来净化污染了的土壤和地下水。
其优点是利用植物天然能力去吸收、聚积和降解土壤和水环境中的污染物。
研究结果表明,植物处理方法可应用于多种污染物的处理,包括多数金属和放射性物质,各种有机化合物(如氯化溶剂、BTEX、PCBs、PAHs、农药、杀虫剂炸药、营养物质和表面活性剂)。
根据资料,该方法适用于大面积低到中等表面土层(0~0.9m)污染的治理,以及大量的水体低浓度污染问题,而且处理目标要求也不十分严格的情形。
对地下水原位处理的深度限于3m,但可通过低地、湿地进行异位处理(薛敏等,20XX)。
有5种植物处理方法:
植物根部吸收法、植物吸取法、植物转化法、植物激化或植物辅助下的微生物降解、植物稳定方法。
3.2.5原位稳定-固化方法
在已污染的包气带或含水层中注入可使污染物不继续迁移的介质,使有机或无机污染物达到稳定状态。
污染物可以被介质凝固、粘合(固化),或者由于化学反应使其活动性降低。
常用于重金属离子和放射性物质的稳定化和固化处理。
一般的步骤包括:
(1)中和过量的酸度;
(2)破坏金属络合物;
(3)控制金属的氧化还原态;
(4)转化为不溶性的稳定形态;
(5)采用固化剂形成稳定的固体形态物质。
该方法要求对拟处理场地的水文地质条件非常了解,可应用于具有中等或较高渗透性能的地层。
4小结与展望
地下水是水资源的重要组成部分,在经济发展和社会进步中发挥着重要的作用。
然而由于受到人类生产、生活的影响,地下水污染问题日益突出,严重威胁着人类的生存与发展。
为保障人类的健康和经济社会的可持续发展,必须对地下水污染的治理及预防措施展开深入的研究。
对于已经污染的地下水,要查明污染源,切断污染途径,努力开发研究有效的污染治理技术。
对于没有污染的区域,要未雨绸缪,防范于未然,积极采取预防措施,避免污染的发生。
要全面贯彻“预防为主,防治结合”的方针,确保地下水环境的洁净与安全。
篇二:
地下水是我国经济社会可持续发展不可缺少的物质基础,如今,随着我国人口的迅猛增加和经济的法则发展对水资源的需求量也在日益增加,全国水资源量27940亿,其中地下水水资源量为8840亿,占总水资源量的1/3。
在我国当前的用水结构中,地下水雄踞一端,占据了全国总供水量的20%,饮用水供水量的70%,农田灌溉水量的40%,工业用水量的38%,并且这种用水结构短期内不会改变。
然而,我国地下水体的保护.安全情况并不乐观,污染比较严重,并且呈现日益增加的趋势。
所以我们有必要了解我国地下水污染概况,熟悉其污染途径和污染成因,从长远利益出发,坚持可持续发展,制定科学的防治对策,让我过的水体结构更加科学,地下水更加安全,能够长远的造福人类。
1.2.我国地下水污染现状
由于人口的增长和社会经济的快速发展,对水资源的需求量也大幅度增长。
近30年来,我国地下水的开采量以每年25亿的速度递增,全国有400个城市开采地下水。
有些城市基本上是依靠地下水来满足对水资源的需求。
根据国土资源部发布的《我国主要城市和地区地下水水情通报(20XX年度)》,20XX年在具备系统统计数据的171个地下水漏斗中,漏斗面积扩大的就有65个,占到了统计数的38%,面积扩大了6736,仅河北沧州第Ⅲ承压含水层漏斗面积就扩大了2089,最大水位埋深达到10m。
由此导致了湿地消失、植被死亡和土地沙漠化等严重的生态灾难,以及地面沉降、岩溶塌陷、海水入侵等自然灾害的频频发生。
目前,我国地下水污染呈现由点到面、由浅到深、由城市到农村的扩展趋势,污染程度日益严重。
全国195个城市监测结果表明,97%的城市地下水受到不同程度污染,40%的城市地下水污染趋势加重;
北方17个省会城市中16个污染趋势加重,南方14个省会城市中3个污染趋势加重。
在一些地区,地下水污染已经造成了严重危害,危及到供水安全。
例如,辽宁省海城市污水排放造成大面积地下水污染,附近一个村因长期饮用受污染的地下水,多数人患上当地未曾有过的特殊病症,造成160人因饮用受污染的地下水而亡;
淮河安徽段近5000范围内,符合饮用水标准的浅层地下水面积仅占11%;
由于地水的严重污染,淄博日供水量51万立方m的大型水源地面临报废,国家大型重点工程——XX公司水源告急;
在首都XX,浅层地下水中也普遍检测出了具有巨大潜在危害的DDT、六六六等有机农药残留和尚没有列入我国饮用水标准的单环芳烃、多环芳烃等“三致”(致癌、致畸、致突变)有机物。
地下水超采与污染互相影响,形成恶性循环水污染造成的水质性缺水,进一步加剧了对地下水的超采,使地下水漏斗面积不断扩大,地下水水位大幅度下降;
地下水位的下降又改变了原有的地下水动力条件,引起地面污水向地下水的倒灌,浅层污水不断向深层流动,地下水水污染向更深层发展,地下水污染的程度不断加重。
日益严峻的地下水环境问题已经成为自然、社会、经济可持续发展的制约因素。
1.3.地下水污染的途径
地下水污染途径指污染物从污染地进入地下水中所经过的路径。
除了少部分气体,液体污染物,可以直接通过岩石空隙进入地下水外,大部分污染物会随补给地下水的水源一道进入地下水中。
因此,地下水污染途径与地下水的补给来源有密切的关系。
通常可分为以下几种形式:
通过包气带渗入,由集中通道直接注入,由地表水体侧向渗入,含水层之间的垂直越流污染。
1.3.1.通过包气带渗入
通过包气带渗入又可分为连续渗入和断续渗入。
连续渗入是污染液从废水坑等污染源不断通过包气带想地下水渗漏,其污染程度主要受包气带岩层厚度和岩性控制;
断续渗入是堆放在地面的工业废渣和城市垃圾被降雨淋滤而通过包气带下渗污染地下水,其污染程度与污染物的种类和性质,以及下渗水源的多少,包气带岩层的厚度和岩性因素有关。
1.3.2.由集中通道直接注入
这中途径是利用废井坑道或岩溶通道将废水直接排入地下岩石孔隙、裂隙中,直接造成地下水的污染。
1.3.3.由于地表水体侧向渗入
被污染的地表水间接污染地下水,其污染程度受河流沿岸岩石的地质结构,水动力条件以及水源地距岸边的距离等影响。
1.3.4.含水层之间的垂直越流污染
这种污染途径主要指污染了的第四系或石炭系等浅层地下水越流入渗污染深层地下水。
对于岩溶山区的岩溶地下水是一种潜在的污染源。
1.4.地下水污染源成因分析
通常按照污染物产生的行业类型,可以将地下水污染源分为工业污染源、农业污染源、生活污染源和自然污染源。
1.4.1.工业污染源
工业污染源主要指未经处理的工业“三废”即废气、废水和废渣。
1.4.2.农业污染源
农业用水占全部用水量的70%以上,污染的影响面广泛。
一是过量施用农药、化肥,残留在土壤中的农药、化肥随雨水淋滤渗入地下,引起地下水污染;
二是由于地表水污染严重,农业灌溉使用被污染的地表水,造成污水中的有毒有害物质侵蚀土壤,并下渗到地下水中,造成污染。
1.4.3.生活污染源
我国每年累计产生垃圾达720亿吨,占地约514亿,并以每年占地约3000万的速度发展,全国已有200多个城市陷入垃圾重围之中。
由于生活垃圾没有进行有效分类,大量有毒物质及危险废弃物与生活垃圾一起混合填埋,以及垃圾填埋处理技术落后、垃圾填埋选址不当等原因,垃圾填埋场的渗漏已经造成地下水的严重污染,成为地下水的主要污染源之一。
同时,大量未经处理的生活污水,在严重污染地表水的同时,通过下渗也对地下水造成了不同程度的污染。
1.4.4.自然污染源
在有些地区,由于特殊的自然环境与地质环境,地下水天然背景不良,有毒有害成分超标。
根据中国地质环境监测院调查统计,我国部分地区分布有高砷水、高氟水、低碘水等。
1.5.地下水污染的防治对策与建议
由于为污染物不仅会污染地下水体,还会被含水介质(砂、黏土)吸附,所以地下水一旦污染,治理起来决非易事。
20XX年,一位日本专家估计,全日本污染重点场地达40万处之多,如果全部进行处理,需要10兆日元以上,从经济角度考虑,这样做的可能性基本没有。
因此,防止地下水污染是釜底抽薪之计。
从我国地下水污染现状考虑,我国当前地下水的污染防止应采取以下对策。
1.5.1.完善地下水环境保护的法律法规体系建设
面对地下水污染的严峻形势,以及地下水环境管理中存在的诸多问题,应进一步加强地下水污染防治的有关法律法规体系建设,为地下水环境的保护提供完备的法律依据与政策支持。
构建完备的地下水环境保护制度框架是地下水污染防治的首要任务。
通过完善地下水环境保护的法律法规体系,尤其是在各地方政府有关地下水资源管理的法规中,要明确政府环境保护部门、水行政主管部门、建设规划部门和国土资源管理部门等在地下水污染防治工作中的相应责任,并建立起地下水环境保护的综合协调机制,使地下水的各项保护工作得到具体落实,并与地下水的开发利用协调一致,使地下水资源的可持续利用得到制度上的根本保证。
1.5.2.将地下水、地表水污染防治纳入统一规划
规划和管理水污染防治应将地下水与地表水综合考虑,纳入统一的规划与管理之中。
地下水与地表水的交换,保证了自然界水循环的连续性,构成了自然界水循环中相互影响与关联的重要部分。
地表水的污染源往往也是地下水的直接或间接污染源。
地表水与地下水污染的综合防治还有利于资源的优化配置。
尤其是在流域水污染防治规划中,应综合考虑流域地下水污染防治措施与监管责任,并与流域水资源综合利用规划相协调,既要满足社会经济发展对水资源的需求,也要满足自然生态环境对水资源的需要。
1.5.3.合理确定地下水资源价格
地下水资源在很大程度上是一种非再生性的资源,尤其是深层地下水,具有与石油、矿石等资源一样的不可再生性,地下水价格必须能够充分体现这一资源的稀缺性。
只通过行政管理手段严格限制地下水超采,不仅监管成本高,管理的绩效也难以保证。
在市场经济条件下,应充分运用各种经济手段来弥补行政管理的不足,提高水环境管理的绩效。
应改革原有的地下水资源的定价理念与方法,建立地下水包括开采、输送、净化、分配、使用与污水处理等过程的全成本定价方法。
价格中应包括体现地下水资源环境价值的地下水资源费,以此来激励人们提高用水效率,促进地下水的节约利用,从根本上遏止地下水的过度开采。
1.5.4.加强地下水监测网络建设
针对现有地下水监测网络建设滞后,难以满足地下水资源开发利用与保护管理需要的现状,国家应加大对地下水环境监测基础设施的投入,建立完备的地下水监测网络,统一地下水监测的有关技术规范,不断完善水环
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