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

廖飛燕，李建軍

[1.威立雅（中國）環(huán)境服務有限公司北京分公司，北京 100073；2.北京藍白藍科技有限公司，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 我國近期地下水管理方面的政策法規(guī)

我國北方城市的生活用水65%來自地下水，全國平均15.4%的生活用水來自地下水，占比非常大。隨著社會和工業(yè)的發(fā)展，地下水環(huán)境污染問題日益突出，國家高度重視地下水管理工作，為地下水安全保障出臺了一系列政策法規(guī)和技術(shù)導則。

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

2015 年印發(fā)的《水污染防治行動計劃》和2016 年印發(fā)的《土壤污染防治行動計劃》把地下水修復納入土壤污染防治工作范疇，水土不分家，一起修復治理，切實加大了水污染防治力度，保障國家水環(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《地下水污染防治實施方案》中提出，要加快推進地下水污染防治各項工作，全面打好污染防治攻堅戰(zhàn)，保障地下水安全，力爭2035 年地下水環(huán)境質(zhì)量總體改善。中央還啟動了專項資金支持一批項目和技術(shù)的應用實施。

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和風險管控技術(shù)導則》《地下水環(huán)境監(jiān)測技術(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）（征求意見稿）》，充分考慮了地下水基本特征，完善了監(jiān)測技術(shù)體系，推動了行業(yè)的發(fā)展和技術(shù)應用。

我國第一部地下水管理的專門行政法規(guī)是2021 年國務院發(fā)布的《地下水管理條例》，具有法律效力，從調(diào)查與規(guī)劃、節(jié)約與保護、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)境保護規(guī)劃》堅持全面規(guī)劃和突出重點相協(xié)調(diào)，對“十四五”時期土壤、地下水和農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護的目標指標、重點任務和保障措施進行了統(tǒng)籌謀劃。

2 常見地下水修復技術(shù)

2.1 原位生物修復

2.1.1 現(xiàn)場強化生物修復

該方法是在不攪動污染土壤和地下水的前提下進行修復處理，并將其與抽水系統(tǒng)、回灌系統(tǒng)結(jié)合，從而提高有機物的降解效率。現(xiàn)場強化生物修復技術(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

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

2.2 異位生物修復

異位生物修復技術(shù)主要為生物反應器法，是一種改進的原位強化生物修復法。其修復原理是，將受污染的地下水抽到地面上，在反應器內(nèi)進行好氧反應，將處理過的水和氧氣混合，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/化學修復

2.3.1 強化生物循環(huán)井

強化生物循環(huán)井又稱井內(nèi)曝氣或井內(nèi)氣提法，是一種較先進的原位修復技術(shù)。該技術(shù)通過抽水及回水操作產(chǎn)生地下水循環(huán)，在去除地下水中溶解相污染物的同時可有效控制污染物的擴散。目前該技術(shù)已在國內(nèi)焦化工廠項目上投入使用，修復深度最大可達20m，具有良好的持續(xù)修復效果。強化生物循環(huán)井見圖1，強化生物循環(huán)井現(xiàn)場見圖2。

圖1 強化生物循環(huán)井結(jié)構(gòu)圖

圖2 強化生物循環(huán)井現(xiàn)場圖

2.3.2 可滲透反應墻（PRB）

PRB 是一種在地下含水層安裝特殊墻體，通過降解、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氯化物、重金屬、放射性核素和無機離子等，具有治理效果好、造價低廉、對生態(tài)環(huán)境影響小等特點。PRB 技術(shù)在美國被廣泛應用到工程項目中并已實現(xiàn)商業(yè)化運作，目前該技術(shù)在我國還處于實驗室研究和現(xiàn)場中試階段。PRB 技術(shù)示意圖見圖3。

圖3 PRB 技術(shù)示意圖

PRB 的結(jié)構(gòu)類型多為連續(xù)反應墻和漏斗—導門式反應墻，目前零價鐵PRB 的應用最為廣泛，處理的污染物主要為重金屬。中國科學院南京土壤研究所于2018 年在長沙某鉻鹽廠完成了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)趕出來的技術(shù)。該技術(shù)能較好地修復均質(zhì)、滲透性好的污染地塊地下水，但不能修復承壓含水層。

2.3.4 化學氧化/還原

化學氧化/還原技術(shù)通過向工業(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)化為無毒或毒性相對較小的物質(zhì)。化學氧化技術(shù)不適用于修復重金屬污染的土壤；化學還原技術(shù)可處理被重金屬和氯代有機物等污染的土壤，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)通過燃氣或電加熱，使目標污染物氣化揮發(fā)、分離。該技術(shù)適用于處理揮發(fā)性有機物和汞，不適用于處理無機物（汞除外），也不適用于處理腐蝕性有機物、活性氧化劑和還原劑含量較高的地下水。

2.4 異位物理/化學修復

2.4.1 抽提—處理

抽提—處理技術(shù)廣泛應用于工業(yè)地塊地下水的修復。在污染場地布設一定數(shù)量的抽水井，通過水泵和水井將污染地下水抽取至地面進行處理。根據(jù)污染特征與水量，通過物理和化學等方式處理后進行回灌或外排。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化合物的親水性，將生物自身的降解能力提高一個等級，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)地塊地下水修復案例

3.1 場地規(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 地下水污染物和風險控制值

基于華東地區(qū)某市環(huán)境監(jiān)測中心的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在分析前期調(diào)查評估的基礎(chǔ)上，編制了該工業(yè)地塊污染地下水修復可行性研究報告，羅列了經(jīng)過計算得到的地下水污染物及風險控制值（見下表）。

地下水污染物及風險控制值

3.3 修復技術(shù)

根據(jù)場地污染狀況及業(yè)主對場地修復提出的要求，綜合考慮修復時間和修復費用等因素，在國內(nèi)外成熟的地下水修復技術(shù)中進行篩選與評估。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。污染地下水修復目標：地下水在處理達標后可就近納入廠區(qū)原污水管進入市政污水管網(wǎng)，水中目標污染物的濃度滿足納管排放標準。

3.4 總體修復系統(tǒng)

總體修復系統(tǒng)見圖4。

圖4 總體修復系統(tǒng)示意圖

3.5 地下水抽提-處理設計

抽提井采用聚氯乙烯（PVC）材質(zhì)，井徑30cm左右、井深7m，井管篩管開口在地面以下1—5.5m處。抽提井篩孔位置根據(jù)修復治理深度開孔。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)布設抽提井，成對交錯分布。三口地下水抽提井組成一組，由一口真空泵帶動，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、尾氣處理設備、水處理設施等。由旋轉(zhuǎn)噴霧式氣液分離機產(chǎn)生的廢氣經(jīng)過活性炭吸附后達標排空。活性炭作為危險廢物被委托處置。

3.6 驗收監(jiān)測和評估

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)測單位實施驗收監(jiān)測，確保修復完成。由于污染地下水方量較大，因此需分批次抽提及處理、分批次驗收、分批次納管排放。

3.7 廢氣驗收監(jiān)測

在項目實施過程中，旋轉(zhuǎn)噴霧式氣液分離機將部分揮發(fā)性有機物分離產(chǎn)生有機廢氣，廢氣經(jīng)過活性炭處理后，采集樣品并測定其中苯、氯苯的含量。

3.8 全過程環(huán)境監(jiān)理

業(yè)主獨立委托環(huán)境監(jiān)理對整個修復過程進行監(jiān)督管理。環(huán)境監(jiān)理的主要工作包括污染地下水修復范圍審核、水泥攪拌樁止水帷幕構(gòu)建監(jiān)督、現(xiàn)場中試試驗監(jiān)督、地下水抽提井數(shù)量及深度審核、地下水抽提和修復過程監(jiān)督、廢水納管排放監(jiān)督等。

4 我國地下水修復面臨的挑戰(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，在修復過程中很難定量測算，特別是對于以下幾種污染類型：存在大面積污染羽；原位修復產(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；造成長期“反向擴散”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，造成概念模型的構(gòu)建不全面。因此，需要不斷改進優(yōu)化計算模型，才能在施工決策和修復效果分析中模擬得更加準確。

大型復雜場地地下水修復的污染物種類繁多，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，地下水修復項目存在的問題還有：修復藥劑的驅(qū)動力不足；修復藥劑不能準確、充分地到達地下水污染羽位置；對于地下水揮發(fā)性有機物蒸氣入侵分析模型的搭建，缺少適合國內(nèi)建筑的準確模型；地下水修復項目存在不合理修復目標和工期。

5 展望

地下水環(huán)境修復是多學科交叉的復雜工程，理性認識地下水、科學制定修復目標值、合理評估二次污染、加強地下水專業(yè)人才隊伍建設是當務之急。

隨著高分辨率場地調(diào)查工具升級，場地概念模型不斷優(yōu)化，污染物的遷移途徑會更加清晰。需鼓勵精細化和環(huán)境友好型修復，多方面權(quán)衡地下水修復與風險管控，更好指導修復施工，以實現(xiàn)綠色可持續(xù)修復。有效的水土協(xié)同治理可提升修復效果。長期動態(tài)監(jiān)控污染物自然衰減、充分掌握污染物的去除情況，可防止地下水修復污染物濃度反彈。