我國(guó)地下水環(huán)境修復(fù)行業(yè)現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)

廖飛燕，李建軍

[1.威立雅（中國(guó)）環(huán)境服務(wù)有限公司北京分公司，北京 100073；2.北京藍(lán)白藍(lán)科技有限公司，北京 100022]

地下水是指賦存于地面以下巖石空隙中的水，是地球水循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。地下水和土壤相輔相成，不可分割。地下水與周邊環(huán)境介質(zhì)相互作用，在生態(tài)系統(tǒng)中，地下水是活躍的因子之一，也是資源環(huán)境承載力分析的重要部分。

1 我國(guó)近期地下水管理方面的政策法規(guī)

我國(guó)北方城市的生活用水65%來(lái)自地下水，全國(guó)平均15.4%的生活用水來(lái)自地下水，占比非常大。隨著社會(huì)和工業(yè)的發(fā)展，地下水環(huán)境污染問(wèn)題日益突出，國(guó)家高度重視地下水管理工作，為地下水安全保障出臺(tái)了一系列政策法規(guī)和技術(shù)導(dǎo)則。

2011 年開(kāi)始實(shí)施的《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃（2011—2020 年）》明確了地下水污染防治的主要任務(wù)和措施。

2015 年印發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和2016 年印發(fā)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》把地下水修復(fù)納入土壤污染防治工作范疇，水土不分家，一起修復(fù)治理，切實(shí)加大了水污染防治力度，保障國(guó)家水環(huán)境安全。

生態(tài)環(huán)境部等5 部委在2019 年聯(lián)合印發(fā)的《地下水污染防治實(shí)施方案》中提出，要加快推進(jìn)地下水污染防治各項(xiàng)工作，全面打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，保障地下水安全，力爭(zhēng)2035 年地下水環(huán)境質(zhì)量總體改善。中央還啟動(dòng)了專項(xiàng)資金支持一批項(xiàng)目和技術(shù)的應(yīng)用實(shí)施。

近幾年，生態(tài)環(huán)境部陸續(xù)發(fā)布了《污染地塊地下水修復(fù)和風(fēng)險(xiǎn)管控技術(shù)導(dǎo)則》《地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》《污染地下水抽出—處理技術(shù)指南（試行）》《地下水污染同位素源解析技術(shù)指南（試行）（征求意見(jiàn)稿）》，充分考慮了地下水基本特征，完善了監(jiān)測(cè)技術(shù)體系，推動(dòng)了行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)應(yīng)用。

我國(guó)第一部地下水管理的專門(mén)行政法規(guī)是2021 年國(guó)務(wù)院發(fā)布的《地下水管理?xiàng)l例》，具有法律效力，從調(diào)查與規(guī)劃、節(jié)約與保護(hù)、超采治理、污染防治、監(jiān)督管理等方面作出規(guī)定，也從資源利用的角度去管理地下水。

2022 年1 月，生態(tài)環(huán)境部等7 部委聯(lián)合頒布的《“十四五”土壤、地下水和農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》堅(jiān)持全面規(guī)劃和突出重點(diǎn)相協(xié)調(diào)，對(duì)“十四五”時(shí)期土壤、地下水和農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)指標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施進(jìn)行了統(tǒng)籌謀劃。

2 常見(jiàn)地下水修復(fù)技術(shù)

2.1 原位生物修復(fù)

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)化生物修復(fù)

該方法是在不攪動(dòng)污染土壤和地下水的前提下進(jìn)行修復(fù)處理，并將其與抽水系統(tǒng)、回灌系統(tǒng)結(jié)合，從而提高有機(jī)物的降解效率。現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)成本低，系統(tǒng)操作方便，生物降解效果好。

2.1.2 植物修復(fù)

植物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物群落具有的環(huán)境修復(fù)特性，對(duì)土壤和地下水中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解修復(fù)。例如，向日葵、油菜、白楊等植物對(duì)重金屬超標(biāo)的水源和土壤有很好的修復(fù)效果，這些植物可以通過(guò)自身根系分泌的還原酶來(lái)降解重金屬殘留物。

2.2 異位生物修復(fù)

異位生物修復(fù)技術(shù)主要為生物反應(yīng)器法，是一種改進(jìn)的原位強(qiáng)化生物修復(fù)法。其修復(fù)原理是，將受污染的地下水抽到地面上，在反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行好氧反應(yīng)，將處理過(guò)的水和氧氣混合，加入一些養(yǎng)分，再將之排入地下，可以加速生物降解。

2.3 原位物理/化學(xué)修復(fù)

2.3.1 強(qiáng)化生物循環(huán)井

強(qiáng)化生物循環(huán)井又稱井內(nèi)曝氣或井內(nèi)氣提法，是一種較先進(jìn)的原位修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)通過(guò)抽水及回水操作產(chǎn)生地下水循環(huán)，在去除地下水中溶解相污染物的同時(shí)可有效控制污染物的擴(kuò)散。目前該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)焦化工廠項(xiàng)目上投入使用，修復(fù)深度最大可達(dá)20m，具有良好的持續(xù)修復(fù)效果。強(qiáng)化生物循環(huán)井見(jiàn)圖1，強(qiáng)化生物循環(huán)井現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖2。

圖1 強(qiáng)化生物循環(huán)井結(jié)構(gòu)圖

圖2 強(qiáng)化生物循環(huán)井現(xiàn)場(chǎng)圖

2.3.2 可滲透反應(yīng)墻（PRB）

PRB 是一種在地下含水層安裝特殊墻體，通過(guò)降解、沉淀和吸附工藝將污染物轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的形式或可直接截留在墻體內(nèi)的新興技術(shù)。PRB 技術(shù)能夠有效去除地下水中的有機(jī)氯化物、重金屬、放射性核素和無(wú)機(jī)離子等，具有治理效果好、造價(jià)低廉、對(duì)生態(tài)環(huán)境影響小等特點(diǎn)。PRB 技術(shù)在美國(guó)被廣泛應(yīng)用到工程項(xiàng)目中并已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作，目前該技術(shù)在我國(guó)還處于實(shí)驗(yàn)室研究和現(xiàn)場(chǎng)中試階段。PRB 技術(shù)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 PRB 技術(shù)示意圖

PRB 的結(jié)構(gòu)類型多為連續(xù)反應(yīng)墻和漏斗—導(dǎo)門(mén)式反應(yīng)墻，目前零價(jià)鐵PRB 的應(yīng)用最為廣泛，處理的污染物主要為重金屬。中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所于2018 年在長(zhǎng)沙某鉻鹽廠完成了PRB 中試研究，成功攔截凈化了鉻污染地下水，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

2.3.3 原位空氣吹脫和氣提

原位空氣氣吹脫和氣提法是在一定的壓力條件下，將壓縮空氣注入受污染區(qū)域，將溶解在地下水中的揮發(fā)性化合物驅(qū)趕出來(lái)的技術(shù)。該技術(shù)能較好地修復(fù)均質(zhì)、滲透性好的污染地塊地下水，但不能修復(fù)承壓含水層。

2.3.4 化學(xué)氧化/還原

化學(xué)氧化/還原技術(shù)通過(guò)向工業(yè)地塊地下水注入氧化劑或還原劑，使地下水中的污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒或毒性相對(duì)較小的物質(zhì)。化學(xué)氧化技術(shù)不適用于修復(fù)重金屬污染的土壤；化學(xué)還原技術(shù)可處理被重金屬和氯代有機(jī)物等污染的土壤，不適用于處理石油烴污染的土壤。

2.3.5 熱脫附處理

熱脫附處理技術(shù)通過(guò)燃?xì)饣螂娂訜?，使目?biāo)污染物氣化揮發(fā)、分離。該技術(shù)適用于處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物和汞，不適用于處理無(wú)機(jī)物（汞除外），也不適用于處理腐蝕性有機(jī)物、活性氧化劑和還原劑含量較高的地下水。

2.4 異位物理/化學(xué)修復(fù)

2.4.1 抽提—處理

抽提—處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)地塊地下水的修復(fù)。在污染場(chǎng)地布設(shè)一定數(shù)量的抽水井，通過(guò)水泵和水井將污染地下水抽取至地面進(jìn)行處理。根據(jù)污染特征與水量，通過(guò)物理和化學(xué)等方式處理后進(jìn)行回灌或外排。該技術(shù)經(jīng)常和表面活性劑法相結(jié)合，適宜處理多種復(fù)合污染物，不適用于處理滲透性較差的含水層。

2.4.2 表面活性劑法

表面活性劑法能有效提升有機(jī)化合物的親水性，將生物自身的降解能力提高一個(gè)等級(jí)，從而提高被污染地下水的處理效率。

3 華東地區(qū)某市工業(yè)地塊地下水修復(fù)案例

3.1 場(chǎng)地規(guī)劃為商業(yè)用地

基礎(chǔ)地質(zhì)：規(guī)劃區(qū)基巖埋藏深度為300—320m，主要為侏羅系上統(tǒng)壽昌組流紋英安巖、含角礫熔結(jié)凝灰?guī)r。華東地區(qū)某市地下水主要賦存于松散巖類孔隙介質(zhì)中，其次賦存于碎屑巖類孔隙、碳酸鹽巖類裂隙溶洞和基巖裂隙中。

3.2 地下水污染物和風(fēng)險(xiǎn)控制值

基于華東地區(qū)某市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在分析前期調(diào)查評(píng)估的基礎(chǔ)上，編制了該工業(yè)地塊污染地下水修復(fù)可行性研究報(bào)告，羅列了經(jīng)過(guò)計(jì)算得到的地下水污染物及風(fēng)險(xiǎn)控制值（見(jiàn)下表）。

地下水污染物及風(fēng)險(xiǎn)控制值

3.3 修復(fù)技術(shù)

根據(jù)場(chǎng)地污染狀況及業(yè)主對(duì)場(chǎng)地修復(fù)提出的要求，綜合考慮修復(fù)時(shí)間和修復(fù)費(fèi)用等因素，在國(guó)內(nèi)外成熟的地下水修復(fù)技術(shù)中進(jìn)行篩選與評(píng)估。由于氣相中污染物濃度降低，不需采用雙相抽提技術(shù)，可選擇傳統(tǒng)地下水抽提處理技術(shù)。因此最終確定的修復(fù)技術(shù)路線為“水泥土攪拌樁隔離+抽提+廢水處理工藝+納管排放”的組合工藝。污染地下水修復(fù)目標(biāo)：地下水在處理達(dá)標(biāo)后可就近納入廠區(qū)原污水管進(jìn)入市政污水管網(wǎng)，水中目標(biāo)污染物的濃度滿足納管排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 總體修復(fù)系統(tǒng)

總體修復(fù)系統(tǒng)見(jiàn)圖4。

圖4 總體修復(fù)系統(tǒng)示意圖

3.5 地下水抽提-處理設(shè)計(jì)

抽提井采用聚氯乙烯（PVC）材質(zhì)，井徑30cm左右、井深7m，井管篩管開(kāi)口在地面以下1—5.5m處。抽提井篩孔位置根據(jù)修復(fù)治理深度開(kāi)孔。抽提井注入影響半徑為8m 左右。在污染地下水分布區(qū)域內(nèi)布設(shè)抽提井，成對(duì)交錯(cuò)分布。三口地下水抽提井組成一組，由一口真空泵帶動(dòng)，真空泵的泵壓不低于2MPa。地下水抽提系統(tǒng)除抽提井外，還包括真空泵、蓄水池、沉沙池、旋轉(zhuǎn)噴霧式氣液分離機(jī)、尾氣處理設(shè)備、水處理設(shè)施等。由旋轉(zhuǎn)噴霧式氣液分離機(jī)產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過(guò)活性炭吸附后達(dá)標(biāo)排空?；钚蕴孔鳛槲ｋU(xiǎn)廢物被委托處置。

3.6 驗(yàn)收監(jiān)測(cè)和評(píng)估

地下水抽提處理完成后，由有資質(zhì)的單位作為第三方監(jiān)測(cè)單位實(shí)施驗(yàn)收監(jiān)測(cè)，確保修復(fù)完成。由于污染地下水方量較大，因此需分批次抽提及處理、分批次驗(yàn)收、分批次納管排放。

3.7 廢氣驗(yàn)收監(jiān)測(cè)

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)噴霧式氣液分離機(jī)將部分揮發(fā)性有機(jī)物分離產(chǎn)生有機(jī)廢氣，廢氣經(jīng)過(guò)活性炭處理后，采集樣品并測(cè)定其中苯、氯苯的含量。

3.8 全過(guò)程環(huán)境監(jiān)理

業(yè)主獨(dú)立委托環(huán)境監(jiān)理對(duì)整個(gè)修復(fù)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督管理。環(huán)境監(jiān)理的主要工作包括污染地下水修復(fù)范圍審核、水泥攪拌樁止水帷幕構(gòu)建監(jiān)督、現(xiàn)場(chǎng)中試試驗(yàn)監(jiān)督、地下水抽提井?dāng)?shù)量及深度審核、地下水抽提和修復(fù)過(guò)程監(jiān)督、廢水納管排放監(jiān)督等。

4 我國(guó)地下水修復(fù)面臨的挑戰(zhàn)

地層中地下水污染羽的變化及污染物的遷移轉(zhuǎn)化存在許多不確定性，在修復(fù)過(guò)程中很難定量測(cè)算，特別是對(duì)于以下幾種污染類型：存在大面積污染羽；原位修復(fù)產(chǎn)生了有毒副產(chǎn)物；被新興污染物污染；重非水相液體污染；造成長(zhǎng)期“反向擴(kuò)散”的低滲透地層[1]。

受到現(xiàn)有技術(shù)裝備水平等條件的制約，污染場(chǎng)地的水文地質(zhì)工作精度不足，較為粗略，地層的非均質(zhì)性信息調(diào)查不準(zhǔn)，造成概念模型的構(gòu)建不全面。因此，需要不斷改進(jìn)優(yōu)化計(jì)算模型，才能在施工決策和修復(fù)效果分析中模擬得更加準(zhǔn)確。

大型復(fù)雜場(chǎng)地地下水修復(fù)的污染物種類繁多，氯代烴需要被還原而二苯系物需要被氧化，輕非水相液體上浮而重非水相液體下沉，這些均存在多種不確定方案。

此外，地下水修復(fù)項(xiàng)目存在的問(wèn)題還有：修復(fù)藥劑的驅(qū)動(dòng)力不足；修復(fù)藥劑不能準(zhǔn)確、充分地到達(dá)地下水污染羽位置；對(duì)于地下水揮發(fā)性有機(jī)物蒸氣入侵分析模型的搭建，缺少適合國(guó)內(nèi)建筑的準(zhǔn)確模型；地下水修復(fù)項(xiàng)目存在不合理修復(fù)目標(biāo)和工期。

5 展望

地下水環(huán)境修復(fù)是多學(xué)科交叉的復(fù)雜工程，理性認(rèn)識(shí)地下水、科學(xué)制定修復(fù)目標(biāo)值、合理評(píng)估二次污染、加強(qiáng)地下水專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)是當(dāng)務(wù)之急。

隨著高分辨率場(chǎng)地調(diào)查工具升級(jí)，場(chǎng)地概念模型不斷優(yōu)化，污染物的遷移途徑會(huì)更加清晰。需鼓勵(lì)精細(xì)化和環(huán)境友好型修復(fù)，多方面權(quán)衡地下水修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)管控，更好指導(dǎo)修復(fù)施工，以實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)修復(fù)。有效的水土協(xié)同治理可提升修復(fù)效果。長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)控污染物自然衰減、充分掌握污染物的去除情況，可防止地下水修復(fù)污染物濃度反彈。