地下水中重金屬污染原位修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展

程科+廖容+楊旅涵+朱泊丞+侯彪+林坤

摘 要：地下水重金屬污染是當(dāng)前人們面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一，成為當(dāng)前人類(lèi)生存和發(fā)展亟待解決的重要問(wèn)題之一。文章綜述了原位修復(fù)技術(shù)在治理地下水重金屬污染的應(yīng)用，并且主要介紹了原位修復(fù)技術(shù)中可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）、原位生物修復(fù)技術(shù)和原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，以及原位修復(fù)技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：地下水；重金屬污染；原位修復(fù)技術(shù)

地下水是指地表以下，賦存于巖石空隙中的水。地下水是自然界水循環(huán)的重要組成部分，同時(shí)也是人類(lèi)生存和發(fā)展所必需的重要資源。但是隨著人類(lèi)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與利用過(guò)度，使地下水環(huán)境的污染變得日益嚴(yán)重。特別是地下水的重金屬元素污染，地下水中的重金屬元素含量超標(biāo)，通過(guò)食物鏈進(jìn)入人的身體，嚴(yán)重影響了人們的身體健康，導(dǎo)致了各種罕見(jiàn)疾病的出現(xiàn)。

地下水重金屬元素污染已經(jīng)引起了國(guó)家的高度關(guān)注，與此同時(shí)國(guó)內(nèi)專家學(xué)者積極參與地下水重金屬元素污染治理技術(shù)的研究工作。在借鑒國(guó)外專家提出方法的情況下，根據(jù)國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況，使地下水重金屬元素污染修復(fù)技術(shù)在大量的實(shí)踐應(yīng)用中得到不斷的改進(jìn)。

現(xiàn)在較為有效的地下水重金屬元素污染修復(fù)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到十多種了，但由于諸多原因使得各種修復(fù)技術(shù)不利于推廣使用和管理。本文主要是根據(jù)地下水重金屬元素污染修復(fù)技術(shù)的方式，將修復(fù)技術(shù)分為原位修復(fù)技術(shù)和異位修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)技術(shù)是指在基本不破壞土地和地下水的自然條件下，對(duì)于被污染對(duì)象不做搬運(yùn)，而在原地進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)；異位修復(fù)技術(shù)是指被污染對(duì)象先做收集和抽提，將其轉(zhuǎn)移到地面上，然后對(duì)其進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)。由于原位修復(fù)技術(shù)不但可以節(jié)約成本、減少修復(fù)的工程量、修復(fù)效果也較好，而且最大限度的減少污染物對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)。同時(shí)，專家學(xué)者也將原位修復(fù)技術(shù)作為地下水重金屬元素污染治理的研究重點(diǎn)和主要方向。本文將重點(diǎn)介紹地下水重金屬元素污染原位修復(fù)技術(shù)的主要方法。

1 地下水重金屬元素污染的原位修復(fù)技術(shù)

在地下水重金屬元素污染的原位修復(fù)技術(shù)中，將重點(diǎn)介紹處理效果好、處理周期相對(duì)較短的幾種技術(shù)，主要包括可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）、原位生物修復(fù)技術(shù)和原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)。

1.1 可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）

可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）是由美國(guó)在20世紀(jì)80年代提出的，目前在歐美國(guó)家作為地下水重金屬元素污染原位修復(fù)技術(shù)主要的技術(shù)手段之一。可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）是通過(guò)在污染區(qū)域放置一個(gè)活性反應(yīng)介質(zhì)的被動(dòng)反應(yīng)區(qū)，當(dāng)污染的地下水經(jīng)過(guò)時(shí)，地下水中的污染物質(zhì)與活性反應(yīng)介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，污染物質(zhì)被降解、吸附、去除和沉淀，使地下水中的污染物質(zhì)能有效的降低，并且符合地下水的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）對(duì)于地下水重金屬元素污染的修復(fù)周期和效果，是由選擇何種活性反應(yīng)介質(zhì)決定的。目前，在可滲透反應(yīng)墻修復(fù)技術(shù)（PRB）的研究中主要是使用活性炭、Fe0、微生物、泥炭等物質(zhì)作為活性反應(yīng)介質(zhì)。這些活性反應(yīng)介質(zhì)具有吸附和降解污染物能力強(qiáng)、持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)、不會(huì)產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)。

FDi Natale等選擇使用活性炭作為充填的活性反應(yīng)介質(zhì)，來(lái)建立對(duì)于地下水中重金屬污染鎘元素的吸附反應(yīng)格柵，最后的結(jié)論顯示，活性炭對(duì)地下水中鎘元素吸附能力最強(qiáng)的時(shí)候，是在較高的酸堿度和低含鹽量的條件下；李金英等使用體積比例為1：1：0.5的砂、零價(jià)鐵、活性炭作為混合的活性反應(yīng)介質(zhì)，對(duì)地下水中重金屬元素錳、鋅、鉻和硒的去除率分別達(dá)到了93%、89%、90%和87%。

1.2 原位生物修復(fù)技術(shù)

原位生物修復(fù)技術(shù)是指在基本不破壞地下水原始環(huán)境的條件下，利用地下水中原始的或通過(guò)人工培養(yǎng)放置于地下水中的特定微生物群，通過(guò)吸收、吸附和降解等作用使地下水中的重金屬污染物減少，同時(shí)地下水系統(tǒng)的環(huán)境恢復(fù)正常。原位生物修復(fù)技術(shù)具有其它修復(fù)技術(shù)無(wú)法比擬的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行、能與其它修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用、降解時(shí)間短、費(fèi)用低等方面。

在治理地下水重金屬元素污染的微生物研究中取得了大量的成果。Charm I S等發(fā)現(xiàn)在重金屬元素超標(biāo)的地下水和土壤中分布著多種可以讓鉻酸鹽和重鉻酸鹽產(chǎn)生還原反應(yīng)的微生物（如：產(chǎn)堿菌屬、芽孢桿菌屬等微生物），鉻酸鹽和重鉻酸鹽通過(guò)微生物的作用可以使六價(jià)鉻轉(zhuǎn)換成三價(jià)鉻，同時(shí)鉻的毒性也大大降低；任茂明在研究趨磁細(xì)菌對(duì)于去除地下水中重金屬元素效果的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了，趨磁細(xì)菌能夠吸收外部環(huán)境中的鐵元素，同時(shí)在體內(nèi)形成具有磁性的鐵的化合物。最后，研究結(jié)果表明了這種方法對(duì)于水中二價(jià)鐵、三價(jià)鉻、以及二價(jià)鎳等重金屬離子的去除率達(dá)到了95%以上。

1.3 原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)也稱原位電化學(xué)動(dòng)力修復(fù)技術(shù)，是利用電的動(dòng)力學(xué)原理對(duì)污染體進(jìn)行修復(fù)的一種有效的技術(shù)手段，特別是對(duì)于去除地下水重金屬元素污染具有很好的效果。具體方式是通過(guò)施加直流電壓形成電場(chǎng)的梯度，使地下水中的重金屬離子向設(shè)定的方向發(fā)生遷移，并且在設(shè)定的地方對(duì)集中后的污染物進(jìn)行處理。

近年來(lái)隨著修復(fù)技術(shù)的不斷發(fā)展，原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)也在不斷完善。尹晉等使用原位電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)地下水中的重金屬污染物進(jìn)行修復(fù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)鉻有很高的去除率（三價(jià)鉻的去除率明顯低于六價(jià)鉻）。

2 結(jié)束語(yǔ)

目前，地下水重金屬污染問(wèn)題在一定程度上得到很大的緩解，但是要想地下水重金屬污染被徹底解決還有很長(zhǎng)的路要走。同時(shí)，人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展對(duì)于水資源的需求也在日益加大，受污染水體與人類(lèi)的需求之間存在巨大的矛盾，所以對(duì)于受污染水體的修復(fù)成為了當(dāng)前社會(huì)的重大難題之一。隨著對(duì)原位修復(fù)技術(shù)研究的不斷發(fā)展，有大量的原位修復(fù)技術(shù)被應(yīng)用于治理地下水的重金屬污染中。當(dāng)前，修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用于治理地下水重金屬污染已經(jīng)成為了新的研究方向，在實(shí)踐中也取得了更好的修復(fù)效果。

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作者簡(jiǎn)介：程科（1992-），男，四川成都人，成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院碩士研究生。