地下水重金屬污染成因及修復技術研究進展

王哲

（長治市辛安泉域管理中心，山西 長治046000）

1 地下水重金屬污染概況

1.1 重金屬污染來源

地下水重金屬污染可以分為兩類，即天然因素和人為因素。其中，天然因素主要是土母質、火山活動、森林火災等自然問題；人為因素主要包括采礦與冶煉、化石燃料燃燒、工業生產等，大體上可以劃分為采礦與冶煉、大氣沉降、工業、農業、污染灌溉五大類。

1.2 污染特點

地下水重金屬污染造成的問題十分嚴重，從有毒性、生物危害性等方面來看，重金屬污染的特點有難以降解、毒性范圍廣、可持續性強、具有生物富集性、累積危害性大等。

1.3 存在形態

地下水中的重金屬大體上可以分為兩種形態，即溶解態和顆粒態，例如采用0.45 μm 濾膜過濾水樣，過濾中的水體就是溶解態，原樣水中沒有過濾掉的就是顆粒態，包括存在于懸移質中的懸移態和存在表層沉積物的沉寂態。不同的形態其遷移性質也有所差異。其中，顆粒態重金屬內部結構更加復雜，形態性質也有所差異。

2 造成地下水各種重金屬污染的主要原因

現階段，地下水污染現象越來越嚴重，出現這些的原因主要是工業污染。不同重金屬均有不同的產生成因，具體介紹如下。

2.1 汞污染的形成原因

汞是一種金屬元素，一般稱之為水銀，其元素符號常用Hg 表示，多以銀白色的重質液體為代表，在工業生產過程中極具工業價值。但是汞也會不斷形成汞廢水或者汞廢渣，有時還會產生很多含汞氣體，無論是液體、氣體還是固體，如果采用不合理的處理方法就會流入大自然中，比如土壤、河流中，對地下深層的地下水造成非常嚴重的影響。根據調查，很多時候許多化肥企業在加工化肥時添加少量的汞元素，將化肥放入農作物后，會產生較大的汞污染，成為形成地下水汞污染的一種原因。根據國家的相關汞排放標準，如果在某個地下區域內部的汞含量小于等于0.001 mg/L，則代表該區域地下水可以供人們正常引用，還可用來進行工業生產等。但是實際上，現階段許多區域的汞含量早已遠遠超過國家規定的標準。

2.2 鎘污染的形成原因

鎘同樣是一種金屬元素，在自然界中以化合物的狀態存在。鎘的化學元素為Cd，由于其含量較低，在自然界中對人體并不會造成危險，但是鎘如果與生物體進行反應會給環境帶來嚴重污染。結合現階段的工業發展可看到，在工業生產中鎘元素的應用非常多，鎘污染也比較多，導致地下水中鎘污染越來越嚴重。如果人體攝入鎘元素，非常容易出現骨質疏松與肌肉萎靡等癥狀，嚴重影響著人類的身體健康。

2.3 鈉污染的形成原因

鈉的化學元素符號為Na，在自然界中分布十分廣泛，并且是人體所必需的金屬元素之一，也同樣是人體肌肉組織和神經組織的重要組成部分。所以，很多時候攝取的鈉在正常范圍內并不會對人體造成危險。但是如果攝入鈉的量非常多，則極其容易發生人體中毒事件，患者會因鈉污染中毒而引起血壓升高、出現水腫，胃黏膜上皮細胞受到損害。而生物學認為鈉的正常攝入量僅為200 mg/d，但是由于部分地下水中存在氰化鈉，許多專家與學者對其進行檢測與研究時會出現鈉中毒事故。

2.4 錳污染的形成原因

錳是一種灰白色且具有一定光澤的金屬，錳在自然界的分布同樣十分廣泛，土壤中正常的含錳量大約為0.25%，屬于人體的一種必需微量元素。但是如果對錳元素的吸收超過一定量時，極容易導致出現錳中毒的現象，人體的生殖能力也會受影響，葡萄糖的耐量、智力發育、胰島素正常合成、分泌功能均會受到十分嚴重的影響。許多地質學家在對地下水進行勘察時，對錳元素的吸收不斷增加，出現錳中毒現象，危險的嚴重性不能忽視。

3 地下水重金屬污染修復技術及其研究進展

3.1 可滲透反應墻修復技術

可滲透反應墻技術也稱PRB，是美國在20 世紀80 年代所提出的重金屬污染修復技術，是當今歐美等國家在地下水重金屬修復中主要的技術手段之一。需要在污染區域設置一個活性反應介質被動反應區，如果重金屬污染過的水體經過，地下水中的污染物就會與活性反應介質產生化學反應，污染物會直接被降解、吸附、沉淀、去除，從而降低地下水中的重金屬含量，使地下水水質達到標準。

使用PRB 修復地下水重金屬污染，最終的修復效果與活性反應介質有直接關系。現如今，在PRB 研究中，主要使用活性炭、微生物、FeO、泥炭等材料。這些活性反應介質通常都具備降解重金屬能力強、吸附性強等特點，并且可持續較長的時間，還不會產生二次污染等問題。有關學者在使用PRB 時，采用活性碳作為活性反應介質，并制作成地下水重金屬污染鎘元素的反應吸附格柵。試驗表明，活性炭對地下水中鎘元素吸附力最強時，通常要在較高的酸堿度且含鹽量低的條件下。

還有部分學者采用體積比例為1∶1∶0.5∶0.5 的砂、錳、鋅、硒，去除率分別能夠達到92.9%、89.6%、90.2%、88.3%，效果十分明顯。

3.2 原位生物修復技術

生物修復技術作為當今環保領域研究的重點內容，包括原位生物修復技術。該項技術指在不破壞地下水生態的基礎上，將地下水中原有或通過人工培養的特定微生物群放入水體當中，通過吸附、吸收、降解等作用，使地下水中的重金屬減少，并逐漸使地下水系統恢復到正常水準，達到國家規定的指標。生物修復技術相比其他技術，優勢主要表現在可以在現場進行、與其他修復技術配合使用、講解時間短、使用成本較低等。

原位生物修復技術在地下水重金屬污染處理方面上的應用較為廣泛，并取得了很多研究成果。學者們在重金屬嚴重超標的土壤和水體當中發現了很多可以讓鉻酸鹽、重鉻酸鹽產生無害反應的微生物，例如芽孢桿菌、堿菌等微生物，鉻酸鹽與重鉻酸鹽在微生物的作用下可以讓之前的六價鉻轉變成為三價鉻，大大降低格的毒性。還有些學者發現，趨磁細菌對去除水中重金屬具有明顯的效果，趨磁細菌可以吸收外來的鐵元素，并且在體內可以形成具備磁性的鐵化合物。該方法使地下水中二價鐵、三價鉻、二價鎳等重金屬的去除率大大提高，平均在95%以上。

3.3 原位化學修復技術

原位化學修復技術是一種新型技術，該項技術主要利用了氧化還原反應，用還原劑和水中的重金屬發生反應，從而降低重金屬含量的一種原位修復技術。大體上可以分為原位化學氧化技術（ISCO）和原位化學還原技術（ICSR）。在ISCO技術使用當中，主要是將氧化劑加入到水體中，這樣可讓重金屬產生氧化，形成毒性低、移動性差的產物。當今最為常見的氧化劑主要是二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等，如在修復三價碘地下污水中，可以加入氧化劑使三價碘變為五價碘，降低碘元素的毒性。三價碘的溶解度要高于五價碘，可以降低碘元素的遷移性。ICSR 技術主要采用了化學修復藥劑所具備的還原性，對重金屬進行還原、吸附、沉淀、隔離等，把地下水當中重金屬還原為低價的物質，這樣即可降低重金屬的毒性，提高穩定性。通常ICSR 應用在鉻、砷重金屬修復當中。原位化學修復技術具備修復效率高、投入成本低、修復周期短等特性。之所以該項技術應用不夠廣泛，是因為地下水中有多種重金屬污染，修復一種重金屬可能造成另一種重金屬污染問題。此外，氧化劑、還原劑是否對人體無害還需要進一步考證。

4 結束語

綜上所述，地下水重金屬污染問題直接關乎著人體健康以及生態環境，由于重金屬難以分解、可在生物體中富集、有劇毒，地下水結構較為復雜，需加強對重金屬污染修復技術的研究，結合修復技術推動該項技術的發展，這樣才能夠充分發揮重金屬污染修復技術效能，提高地下水質量。