地下水污染修复技术
专业：环境科学与工程
班级：研1506
学号：152083000196 姓名：杨帆
水力学方法
一、抽水（排水）系统 （一）重力排水
排水沟或沟渠向地下开挖一定深度，其深度主要作用就是降低地下水位，可以将浅层污染区从地下水中隔离出来。 优点：在排水系统中成本最廉价 缺点：对于较深含水层排水不起作用 （二）浅井和群井
浅井:指5-10米深的，可以用真空泵抽水的井。其作用有效控制污染水流的侧向和垂向运动。收集淋滤液时其可以降低地表附近的地下水位，还可以拦截地表附近污染水流。
群井:紧密排列的浅井组合，在地表用真空泵相互连接。 用于建筑区排水与大型垃圾填埋场
（三）深井：在含水层污染水流无法使用浅井系统时 二、注水系统 （一）补给水塘
位于地下水水面或之上的水塘，自然渗入含水层。
局限于潜水含水层，水塘下土壤足够渗透性，定期清除堵塞物 （二）注水井
回注处理的水，或控制污染水流的运动，使用注水井
注水井相比补给水塘优点：可以控制补给速度，针对性的补给（特定的深度，含水层） 三、水动力屏障系统
1.重力排水（减少从污染源来的水流） 2.抽水井
降低地下水水位，抽出被污染水，达到控制污染物迁移和去除污染目的
3.地表水保护
改变排泄区位置或将其移到地表水体以外防止向地表水塘排放污染物
4.避免直接接触
降低地下水水位并在污染源和饱水带顶端产生一个隔离防止污染物与地下水之间接触
5.防止含水层污染
通过生成一个局部向上的水力梯度，来防止下伏含水层的污染 四、水力学方法不足
其方法有关的材料、技术和工艺流程并不保证从地下环境中完全、永久去除污染物，且并未影响污染物的物理化学特性，由污染物和地下控制系统材料之间的反应引起的系统失灵可能导致向地下水释放原、新污染物。
抽出-处理系统中影响修复效率污染物和含水介质的主要性质： 1.污染物与水的不溶性
2.污染物扩散进入水流动性有限的微孔和区域 3.含水介质对污染物的吸附
4.含水介质的非均匀性（不能预测污染物和水流的运移规律）
反应性渗透墙技术
可渗透反应墙技术（permeable reactive barrier，PRB）是一种原位修复技术，美国环保局将其定义为：通过在地下安装活性材料墙体，将污染物羽状体拦截，使其通过活性介质后，经吸附、沉淀、降解等反应物将污染物转化为环境能够接受的另一种形式，使得污染物最终浓度达到国家规定的环境标准。 传统的PRB反应墙有：连续反应墙（CRB）、漏斗-导水门式反应墙（F&G PRB），新形式反应墙：原位氧化还原控制墙（ISRM）、微生物反应墙（SRB PRB）、地质虹吸墙（Geosiphson Cells）。
连续反应墙（CRB）系统是将有填料介质的渗透墙安装在受污染的地下水下游流动区域，来修复受污染的地下水。该墙体必须囊括整个羽状体的深度和宽度，因此若污染区域或蓄水层厚度较大，会导致墙体面积较大，从而加大工程成本。
漏斗-导水门式反应墙（F&G PRB）在隔水层中安装隔水漏斗从而将地下水导入导水门，将水流聚集后再通过反应介质进行处理。优点：反应墙体较小，墙体材料易清除和更换。
反应物（反应材料） （一）无机污染物的去除
（二）提高有机污染物的生物降解 （三）有机污染物的非生物降解
PRB反应材料一般是还原能力较强的零价金属，最常用的是Fe，有些研究证明，双金属系统处理效果更好。反应介质有活性炭、沸石、粘土矿物、铝硅酸盐、磷酸盐、城市堆肥、木屑、离子交换树脂、石灰石、铁的氧化物和微生物材料 反应介质特点：
1、吸附降解能力较强，能长时间保持活性 2、在水力和矿化作用下保持稳定
3、处理污染物过程中没有有毒有害物质的产生 4、抗腐蚀性较强
5、反应墙体的渗透系数应是含水层渗透系数的2倍以上 6、利于施工安装
电动力学修复技术
一种利用电梯度和水力梯度对污染物运移的影响，使这些化学物质在介质中发生迁移而被去除的方法。在饱水带及非饱和带均可使用的方法。
此法可以将污染物定向迁移至规定区域，将污染物从土壤中分离出来;可以为微生物提供营养，提高土壤微生物的降解活性；也可以将污染物迁移至植物根部，提高植物修复效率等 一、技术原理
其利用插入土壤或地下水中的两个电极在污染土壤或地下水两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动：阳极附近的酸开始向土壤毛隙孔移动，打破污染物与土壤的结合键，大量水以电渗析方式在土壤 中流动，土壤毛隙孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到土壤溶液中的污染物吸收至土壤表层而得以去除
污染物的去除过程中四种电动力学现象： 1.电迁移（electromigration） 2.电渗析（electroosmosis） 3.电泳（electrophoresis）
4.酸性迁移（ph梯度）带（电极反应） 1.电迁移
主要是指高度溶解的带电离子（包括碱金属；Pb、Hg、Cd、Cr等重金属；在电场中的迁移，即孔隙水中的电解质运动。
与电渗析相比，离子电迁移速度要快得多，电迁移速度取决于迁移物质整体的电荷密度。 2、电渗析
土壤颗粒表面带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电层，扩散双电层引起孔隙水沿电场方向从一极向另外一极的定向移动称电渗析。土壤中非离子态污染物会随着电渗析流移动而被去除。
孔隙水流动速度与双电厚度或与水流所携带的动电电流成正比，而与水流中电解质的浓度关系不大，土壤颗粒表面的双电层厚度一般为10mm左右，不同类型土壤带有的电荷及形成的双电层厚度不同：沙土<细砂土<高岭土<蒙脱土。电渗析流与外加电压梯度成正比。 电渗析在土壤孔隙中产生的水流比较均匀，流动方向易控制。对于结合紧密的黏土土壤，电渗析产生的水流渗透率是水力学渗透率的几个数量级，而且动力消耗低。电渗析流速度一般是2.5cm/d，通过电渗析方法，密实土壤中的污染物可以被抽取出来进行适当的处理，但电渗析易引起土壤夯实或裂缝，不易稳定长期操作。 3、电泳
土壤中带电胶体颗粒（细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞）的迁移运动称为电泳，被牢固吸附于可移动颗粒上的污染物主要通过该方式去除。电泳运动有助于污染物以胶束态物质或离子胶束的形式迁移。 二、技术优缺点 （一）优势
①与挖掘、土壤冲洗等异位修复技术相比，电动力学技术对现有的景观、建筑和结构等的影响较小，不破坏原有的自然环境，能够在进行环境修复的同时，最大限度地保护原有的生态环境。
②电动力学技术改变土壤中的原有ph，使金属离子活化，其土壤本身的结构没有招到破坏，且过程不受土壤低渗透影响。 ③电动力学技术使金属离子完全被去除，而不是通过向土壤中引入新物质与其结合产生沉淀得以去除。
④对于不能原位修复的可以采用异位修复。
⑤适合一项现场修复技术，安装和操作容易，不受深度限制，对饱水带和非饱水带都有效。
⑥较适合水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤。 ⑦对有机和无机污染物都有效。
⑧与化学清洗法、化学还原法相比，电修复具有耗费人工少，接触毒
害物质少，经济效益高。（治理孔径小，渗透系数低的密质土壤，水力学很难推动清洗液或菌液在孔隙中流动，传质过程受到很大限制，则电渗析使强化传质的最有效途径）。 （二）限制因素
①污染物的溶解性和污染物从土壤胶体表面的解吸性能对该技术有影响
②需要导电性的孔隙流体来活化污染物
③埋藏的地基、碎石、大块金属氧化物、大石块等降低处理效果 ④电极反应可能产生腐蚀性物质，电极需采用惰性物质，如碳、石墨等
⑤土壤含水量低于10%,影响修复
⑥在非饱和带，水的引入会将污染物冲洗出电场影响区域，埋藏的金属，绝缘物质会引起土壤中电流变化
地下水污染修复案例
（1）工程背景：某电子企业在场地环境调查期间，发现厂区内土壤和地下水受到了总石油烃类化合物（TPH）的污染，该类污染物质主要来源于化学品泄漏和含有污水的排水系统。该修复工程的工期为半年，通过异位修复技术，清除场地内污染源，使场地内的污染土壤和地下水得到有效地治理。修复目标值参考荷兰标准干预值（DutchInterventionValue），即土壤样品检出的总石油烃不超过5000mg/kg，地下水样品检出的总石油烃不超过0.6mg/L。
经可行性分析，该场地的污染土壤采用挖出-外运处置的方法进行治理，而污染地下水采用抽出-处理和原位化学氧化的方法进行联合治理。
（2）工程规模：土壤：168m3；地下水：130m3，其中包括LNAPL（轻质非水相液体）污染物0.2m3。
（3）主要污染物及污染程度：土壤和地下水中的污染物为总石油烃烷基苯类组分（C15-C28），污染范围调查期间，在监测井中发现有8mm厚的LNAPL污染物和石油类气味，涉及区域面积约150㎡。 （4）水文地质特征：根据现场地面以下5m内的钻孔试验结果确定场地浅层地质基本情况：0~2.0m深度为回填土，以夹杂砾石和砂的粘土为主；2.0～5.0m深度以粘土为主，夹杂砂或砾石。地下水稳
定水位在地下1.2～1.9m，流向为由西北向东南，水力梯度约为0.02，地下水流速为0.08~0.18m/a。地下水pH为6.44~7.12，溶解氧浓度为1.30~2.73mg/L，氧化还原电位为-66.9~-47mV，电导率为0.55~1.39mS/cm。 （5）技术选择
污染场地污染物为总石油烃烷基苯类组分（C15-C28），在地下水中浓度最高达到1.09×105μg/L，且在监测井中观察到LNAPL污染物和石油类气味；污染物特征符合抽出处理技术适用的污染物类型，因此，污染场地选用抽出处理技术治理。
（7）工艺流程：抽出处理系统由气动隔膜泵和空压机组成的抽出装置，隔油池与活性炭吸附单元组成的处理装置及相应的管路和仪表系统共同构成，工艺流程见图1。
图1 工艺流程
具体的流程为：抽提井中的LNAPL污染物和污染地下水首先会通过气动隔膜泵和空压机组成的装置被抽出地面；抽出后的LNAPL污染物和地下水会在隔油池内进行分离，分离出的LNAPL污染物作为危险废物外运处置，分离出的地下水通过活性炭吸附处理后外运至有资质的废水处理厂处理。
（8）关键设备及工艺参数：抽提井采用UPVC材质，井径100mm，井深5.0m，其中筛管位于地下1m至地下4m的位置。共设置10口抽提井，总共运行30天。单个抽提井每天的抽提时间8小时。
（9）成本分析：去除1m3含LNAPL的污染地下水的费用约为900元。
（10）修复效果：在180d的运行时间内，抽出-处理系统从10口井中总共抽出约130m3流体（LNAPL和受污染的地下水），其中去除LNAPL污染物0.2m3，修复完成后，监测井中没有观察到LNAPL污染物。由结果可知，抽出-处理技术对场地LNAPL污染物的去除有较好的效果。后续原位化学氧化处理实施后，地下水最终达到修复目标。
