我國城市棕地地下水污染修復技術研究進展

摘 要：污染地下水修復是城市棕地治理的重要內容。地下水修復技術基于處置場所可分為原位修復和異位修復，基于技術原理可分為物理修復、化學修復和生物修復。城市棕地地下水污染修復常用技術包括地下水抽出處理技術、滲透性反應墻技術、化學氧化/還原技術、空氣注入修復技術、電動修復技術和微生物修復技術等。研究表明，我國城市棕地地下水污染修復技術的研究和應用還有待加強，修復技術的選擇和組合是未來的研究重點，實現水土協同修復是技術發展的重要趨勢。

關鍵詞：城市棕地；地下水；污染；修復技術

中圖分類號：X523" 文獻標識碼：A

生態環境部《2022中國生態環境狀況公報》顯示：我國1890個國家地下水環境質量考核點位中，Ⅰ～Ⅳ類水質點位占77.6%，Ⅴ類占22.4%，主要超標指標為鐵、硫酸鹽和氯化物。我國多數城市以地下水為主要水源，地下水污染修復事關城市發展和市民健康。本文結合我國城市棕地地下水污染現狀，綜述了地下水污染修復常用技術，并分析了技術研究和應用的發展趨勢。

1 我國城市棕地及其地下水污染現狀

1.1 城市棕地及其治理需求

“棕地”是指被工業生產所污染的、對環境及相關主體有影響和危害的，同時又具有治理和開發價值的土地［1］。這類土地多位于城市市內或近郊，在城市更新過程中具有較大的開發利用價值。但是，棕地上曾經的工業生產過程會導致地下水化學、物理、生物性質改變，從而導致水質惡化和水體污染，城市工廠搬遷轉移后的城市棕地在進行治理的過程中就包含著棕地地下水污染修復環節。

1.2 城市棕地地下水污染類型

棕地實質上是一種工業污染場地，地下水污染主要是工業生產導致的水質惡化。工業企業生產過程中，廢水池等設施滲漏、工業廢水的直接排放、固體廢棄物淋濾液、工業廢氣受降雨作用等，都會造成地下水污染。工業生產不同，產生的地下水污染類型也不一樣，污染類型主要有：鈣、鎂、錳等離子的金屬有害物污染，汞、鉻、鉛、砷等離子的重金屬有毒物污染，亞硝酸根、硝酸根、硫酸根、磷酸根等離子的無機有害物污染，氟、氰、硫等離子的無機有毒污染，酚類污染物等的易分解有機毒物污染，有機氯污染物等的難分解有機毒物污染。

2 我國城市棕地地下水污染修復技術分類

城市棕地地下水修復和再利用是國際地下水污染修復技術研究的重點。棕地地下水污染修復技術是指針對棕地受污染的地下水，基于化學、物理和生物學原理，用于改變地下水的水體結構，或減輕污染物毒性、遷移性與數量的單一種類的或系統性的水污染治理措施。

2.1 基于處置場所的分類

按照修復過程發生的地點，可分為原位修復技術和異位修復技術。原位修復技術是指直接在地下進行的對污染地下水進行修復的技術。異位修復技術是指先將受污染水體從地下抽出或分離到地表，進行修復處理使水體達到排放要求后，再回流到地下的技術。

2.2 基于技術原理的分類

按照修復技術原理，可分為物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術。物理修復技術是通過以物理規律起主導作用的物理的、機械的方法將污染物去除的技術?；瘜W修復技術是通過氧化或者還原等原理以一種或多種化學反應來分解或穩定有毒化學物質的技術。生物修復技術是利用自然界存在的或人工培養的具有特定功能的微生物菌群，通過生物過程或生物體的新陳代謝能力實現地下水修復的技術。

3 我國城市棕地地下水污染常用修復技術

通過梳理國內文獻，我國城市棕地污染地下水常用修復技術主要有6種。在實踐中，這些技術往往并非單獨使用，經常是幾種技術的綜合應用。

3.1 地下水抽出處理技術

地下水抽出處理技術是先將受到污染的地下水通過物理方式抽至地表，然后再進行后續修復處理的技術，這種技術因其操作簡單而受到廣泛的使用。這種技術在國外已經形成了較完善的技術體系，但國內對抽出處理技術的研究起步較晚。侯盾等［2］研究了在某氯代烴污染場地的地下水修復工程中對抽出的地下水進行高效吹脫處理以實現污染羽的有效控制。宮志強等［3］提出通過評估抽水井抽出效率，以分段、多次優化抽水方案提高抽出效率。杜川等［4］結合地下水抽出—處理—回灌工程案例，提出在修復實施過程中進行數值模型修正并指導修復實施的新方式。

3.2 滲透性反應墻技術

滲透性反應墻技術的技術手段是在污染源的下游地下按照地下水流向開挖溝槽，再安置連續或非連續的垂直于污染地下水流向的反應介質滲透墻，使地下水中污染物得以阻截、固定或降解。杜連柱等［5］研究認為反應介質必須具有吸附降解能力強、長時間保持活性、穩定性強、不產生有害物質、抗腐蝕性強的特征和要求。任加國等［6］認為由于可滲透反應墻技術嚴重依賴地下水流運動，因此對于水溶相氯代烴的治理效果較好。徐慧超等［7］歸納總結了零價鐵基滲透性反應墻技術治理Cr（Ⅵ）污染地下水的反應機理，包括還原（主要作用）、吸附、共沉淀、微生物作用和鐵腐蝕，并指出目前存在反應性差和沉淀堵塞問題。郭麗莉等［8］歸納總結了可滲透反應墻技術修復鉻污染地下水常用的活性填料、工程應用中的關鍵設計參數和施工工藝。

3.3 化學氧化/還原技術

化學氧化/還原技術是向污染土壤或地下水注入氧化劑或還原劑。沈宗澤等［9］以某退役化工廠地下水中的氯苯為目標污染物，基于連續管式原位注入化學氧化技術開展了中試規模的實驗研究。韓昱等［10］針對原煤礦開采區地下水VOCs污染，結合VOCs濃度和自身特性，進行原位氧化循環處理去除殘留污染物。李慧芳等［11］針對某場地地下水Cr（Ⅵ）污染問題，運用單一變量法研究了4種單一藥劑及４種復合藥劑對Cr（Ⅵ）的去除率，分析了浸提濃度、藥劑施用量、藥劑稀釋倍數、酸的添加等因素對場地地下水原位修復效果的影響。以化學氧化為基礎的高級氧化技術高效、安全且經濟，因此，基于高級氧化的萘污染地下水修復技術受到越來越多的關注。董欣竹等［12］研究了芬頓和類芬頓氧化、臭氧氧化和過硫酸鹽氧化的反應機理，重點闡述了二價鐵、微納級零價鐵、鐵礦物、鐵螯合物等均相及非均相活化劑活化的氧化技術在修復萘污染土壤和地下水方面取得的研究進展。

3.4 空氣注入修復技術

空氣注入修復技術是將壓縮空氣注入含水層，這樣空氣會在土壤和巖石的孔隙中發生遷移，形成一個“地下吹脫”系統，再設置氣體抽取系統，就可以將包含污染物的載氣收集到地表［13］。還可以在含水層注入氧氣和外源有機質，增加地下環境中的氧氣濃度，用以加速地下環境飽和帶、非飽和帶中的微生物的降解作用。向華等［14］研究表明，三氯乙烯在吹脫條件下的去除率可達80%。但是，該技術受污染場地地質條件的限制，一般只適合在高滲透率地區［15］。

3.5 電動修復技術

電動修復技術是利用電動效應將污染物從地下水體中去除的物理方法。近年來，電動修復與其他污染修復技術搭配使用成為此技術的研究熱點［16］，如以電動修復技術和微生物修復技術相結合提高污染物的生物降解速率［17］。王加華［18］開展了電動—微生物協同修復技術的中試研究，研究顯示達到了較好的技術結合效果。電催化加氫脫氯也逐漸成為降解三氯乙烯非常有效的綠色修復新技術［19］。

3.6 微生物修復技術

微生物修復技術是指利用土壤微生物、基因工程菌、外來微生物等將污染物轉化為水、二氧化碳或其他無毒化學物質的工程技術手段，具有高效低耗等優點［16］。任茂明［20］研究認為利用趨磁細菌去除重金屬污染能取得良好的效果。對于含重金屬的酸性礦井廢水，利用硫酸鹽還原菌進行修復也廣受關注［21］，這種技術已經開始進行和其他技術相結合的實驗研究。盧剛等［22］采用生物炭固定化石油烴降解菌作為滲透性反應墻技術反應介質，考察了微生物反應介質的性能。秦鵬等［23］探究了微生物介導碳酸鹽沉淀技術和微生物介導磷酸鹽沉淀技術修復鉛污染地下水和黃土的潛力。近兩年，國內研究對微生物修復應用于地下水環境的關注達到新高度，一是集中于監測污染狀況、分析污染物遷移規律及治理機制等，二是利用水文地球化學技術定量計算自然衰減機制、探討生物表面活性劑應用等［24］。

4 我國城市棕地地下水污染修復技術應用展望

4.1 修復技術的研究和實踐應用還有待加強

我國棕地地下水污染修復技術研究和修復行業與發達國家相比起步較晚，在技術研究和技術應用方面存在一定程度的滯后。一是新技術的應用不均衡，滲透性反應墻技術和電化學修復技術等已經較為廣泛地開展實踐應用，但生物修復技術等的研究還多處于實驗室模擬階段。二是技術的實踐效果效益不高，實踐中為了達成迅速降低污染物的目標，更多采用的是短期即可見效的技術工具。未來需要重點加強環境同位素技術、微生物與水質分析技術、數字模擬與信息化技術、生物和復合修復技術等前沿技術支撐，不斷探索本土化的地下水污染修復技術方法。

4.2 修復技術的選擇和組合是未來研究重點

地下水污染修復技術的原理和方法不同，其適用的污染物、地質和水文條件也有差異，不同地域地下水的修復目的、修復時間要求、修復費用等都會影響棕地地下水污染修復技術的選擇。一般而言，技術、經濟、環境、社會等是技術選擇需要考量的基本要素。同時還要注意，修復技術的研究目的是服務于城市棕地治理和人民群眾的生命健康，而不是單純實現污染物的消除。任何一種修復技術都有各自的適用范圍和局限，如采用化學修復治理一種污染物時，就有可能會產生新的污染物，這就需要多種修復技術的科學選擇和高效組合。

4.3 水土協同修復是技術發展的重要趨勢

污染物在地下含水層和地下水中的遷移過程具有復雜性，因此，修復受污染的地下水除了要基于污染物的化學性質采取合理方式，還需要掌握包括土壤、地質和水文等修復環境的固有特征，以及污染物、土壤、地下水之間的交互作用。一般而言，修復土壤進而防止污染地下水體往往是前置性條件。中共中央、國務院在2021年印發的《關于深入打好污染防治攻堅戰的意見》明確提出“強化地下水污染協同防治”，這就體現了水土協同修復的發展趨勢，為城市棕地污染地下水修復技術的發展指明了一個新的方向。

結語

我國的工業化進程是在城市中起步和發展的，解決好城市工業體系布局變化中的棕地地下水污染治理問題是我國城市實現可持續發展的現實需要。棕地地下水污染修復技術的創新和發展具有重要的經濟價值和社會價值，將以技術手段助力我國生態文明建設。

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基金項目：中國地質大學（北京）大學生創新創業訓練項目“便攜式野外分析儀酸性廢液在線處理技術與裝置”

作者簡介：孫菲陽（2005— ），女，漢族，遼寧沈陽人，本科在讀，研究方向為環境生態工程；趙晶（1980— ），女，漢族，黑龍江綏芬河人，博士研究生，講師，研究方向為城市社區環境治理。