專門水文地質(zhì)學(xué) 10 地下水的污染和防治

地下水的污染和防治地下水污染地下水污染的預(yù)防和治理地下水污染的概念地下水污染的概念概念凡是在人類活動的影響下，地下水水質(zhì)變化朝著水質(zhì)惡化方向發(fā)展的現(xiàn)象辨析產(chǎn)生地下水污染的原因是人類活動，盡管天然地質(zhì)過程亦可導(dǎo)致地下水水質(zhì)惡化，但它是人類所不可防止的、必然的，我們稱其為“地質(zhì)成因異常”地下水污染的結(jié)果或標(biāo)志是水質(zhì)不斷惡化方向發(fā)展，不是只有超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)才算污染，有達(dá)到或超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)趨勢的情況亦算污染如此定義，為了強調(diào)水質(zhì)惡化過程，便于防治舉例1：鐵礦巖溶含水層監(jiān)測井Fet水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)舉例2：鐵礦巖溶含水層監(jiān)測井Fet水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)舉例3：鐵礦巖溶含水層監(jiān)測井Fet水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)SourcePollutantsPathwayTransport地下水污染污染源按物質(zhì)的形成原因自然污染源，如海水等人為污染源，如廢水、廢渣等按行業(yè)或部門活動工業(yè)污染源農(nóng)業(yè)污染源生活污染源區(qū)域性水體污染源按時間動態(tài)連續(xù)性污染源間斷性污染源瞬時性污染源污染源：引起地下水污染的各種物質(zhì)的來源，如各種組分、熱、沙塵等工業(yè)污染源工業(yè)三廢：廢水、廢渣、廢氣儲存裝置和輸運管道的滲漏工業(yè)物的事故性泄漏農(nóng)業(yè)污染源農(nóng)藥：殺蟲劑、殺菌劑和除草劑化肥：氮肥、磷肥和鉀肥動物廢物：大量的氮、細(xì)菌和病毒植物殘余物：需氧特性污水灌溉：多種有毒有害物質(zhì)，尤其是重金屬與POPs生活污染源人體的排泄物肥皂、洗滌劑、腐爛的食物等科研文教單位排出的廢水成分醫(yī)療衛(wèi)生部門的污水：細(xì)菌和病毒生活垃圾：揮發(fā)性脂肪酸、烴類化合物，鹵代烴、鄰苯二甲酸酯類、酚類……按行業(yè)和部門劃分SourcePollutantsPathwayTransport地下水污染污染物概念與分類概念

凡是人類活動導(dǎo)致進(jìn)入地下水環(huán)境，會引起水質(zhì)惡化的溶解物或懸浮物，無論其濃度是否達(dá)到使水質(zhì)明顯惡化的程度，均稱為地下水污染物按性質(zhì)可分為化學(xué)污染物生物污染物放射性污染物化學(xué)污染物常見的無機污染物(Inorganic)氮污染物：NO3-、NO2-、NH3鹽類：Cl-、SO42-、硬度、F-

、TDS重金屬：As、Cr、Hg、Pb、Cd等毒性污染物：氰化物、砷、汞、鎘、鉻、鉛有機污染物(Organic)：種類多，含量低，毒性大，“三致性”世界飲用水中已出現(xiàn)765種合成有機化合物，其中117種屬于致癌的或者有關(guān)致癌的物質(zhì)地下水中已發(fā)現(xiàn)有機污染物180多種，且數(shù)量和種類仍在迅速增加，還發(fā)現(xiàn)了一些沒有注冊使用的農(nóng)藥分類：生物難降解的；易降解的1．生物易降解有機污染物—耗氧有機污染物多屬碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和油類等自然生成的不穩(wěn)定，在微生物作用下，都能轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的無機物主要來源于生活污水，以動植物殘體為原料加工生產(chǎn)的屠宰、肉類加工、乳品、制革、制糖和食品等工業(yè)廢水無直接毒害作用，在降解過程中會DO，使水體DO

值下降2．生物難降解有機污染物

性質(zhì)穩(wěn)定，不易分解，能在各種環(huán)境介質(zhì)中長期存在環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（環(huán)境激素）：烷基酚、鄰苯二甲酸酯等持久性有機污染物（POPs,PersistentOrganic

Pollutants

）：在生物體內(nèi)積累富集、通過食物鏈對高營養(yǎng)等級生物造成危害性影響，通過蒸氣可長距離遷移至遙遠(yuǎn)的偏僻地區(qū)和極地地區(qū)，在特定環(huán)境濃度下可能對接觸該化學(xué)物質(zhì)的生物造成有害或有毒效應(yīng)有機污染物常見的幾種有機污染物

多環(huán)芳烴：PAH多氯聯(lián)苯：PCBs非水相流體：NAPLs（DNAPLs&LNAPLs）揮發(fā)性有機化合物：VOCs半揮發(fā)性有機化合物：SVOCs亞硝基二甲胺：NDMA持久性有機污染物：POPs苯并[a]芘：BaP多氯代二苯并二噁英：PCDDs六氯代苯：HCB六六六：BHC三氯乙烯：TCE四氯乙烯：PCE二氯乙烯：

DCE苯系物：BTEX甲基叔丁基醚

：MTBE生物污染物細(xì)菌(Bacteria)在人和動物的糞便中有400多種細(xì)菌、已鑒定出的病毒有100多種病毒(Virus)比細(xì)菌小得多，存活時間長，比細(xì)菌更易進(jìn)入含水層寄生蟲(Protozoa)原生動物、蠕蟲及真菌放射性污染物六種放射性核素氚、碘、鍶、銫、钚、鐳實例1986年4月26日前蘇聯(lián)的切爾諾貝利核電站核爆炸事故二戰(zhàn)期間日本廣島和長崎的原子彈SourcePollutantsPathwayTransport地下水污染污染途徑的概念與分類概念污染物從污染源進(jìn)入到地下水中所經(jīng)過的路徑有助于制定正確的防治地下水污染的措施分類依據(jù)水力學(xué)特點，分為4種1、間歇入滲型2、連續(xù)入滲型3、越流型4、徑流型間歇入滲型特點有毒或有害物質(zhì)周期性滲入含水層受污染的對象主要是淺層地下水常與大氣降雨或灌溉對應(yīng)污染源一般呈固態(tài)連續(xù)滲入型特點污染方式由上而下污染物經(jīng)包氣帶連續(xù)滲入污染源一般呈液態(tài)越流型特點污染物通過越流形式人類活動引發(fā)越流方向改變難于查清越流具體的地點及地質(zhì)部位徑流型特點污染物通過徑流形式污染范圍可能不很大污染程度往往由于缺乏自然凈化作用而顯得十分嚴(yán)重思考題相對于地表水，地下水污染有何特點？相對于地下水污染，天然劣質(zhì)地下水治理有何難度？選擇一種自己關(guān)注的污染物，論述它的來源、物化性質(zhì)、監(jiān)測、可能途徑。SourcePollutantsPathwayTransport地下水污染污染物

在地下水中發(fā)生的水巖相互作用GroundwaterMicroorganismRock&Soil(Mineral)GasPollutants地下水中溶質(zhì)遷移地下水中溶質(zhì)遷移思考題1、內(nèi)蒙某地淺層地下水為高砷水，為了解決當(dāng)?shù)鼐用耧嬎畣栴}，政府部門進(jìn)行了改水，開采深層承壓水。但近年來，深層水中砷含量不斷升高，試分析原因，指出污染源及污染途徑。2、某電廠不斷將冷卻水排入附近的溪流，造成當(dāng)?shù)鼐用耧嬘玫牡叵滤疁厣?，試分析這是否屬地下水污染事件,為什么?地下水的污染和防治地下水污染地下水污染的預(yù)防和治理監(jiān)控條件下的自然衰減法

（MNA,MonitoredNaturalAttenuation）地下水污染的修復(fù)監(jiān)測條件下的自然衰減法美國EPA的定義依賴自然衰減作用，在同其它更有效的方法所用時間相比，屬合理的時間限定內(nèi)，使特定地點達(dá)到修復(fù)目的包括污染物的生物降解、擴散、稀釋、吸附、揮發(fā)、及化學(xué)或生物固定、轉(zhuǎn)化或破壞等這些作用在無人為干擾的可行條件下，能夠降低地下水中的污染物的數(shù)量、毒性、遷移性、體積或濃度監(jiān)測條件下的自然衰減法優(yōu)點污染物最終能被轉(zhuǎn)化成無毒的副產(chǎn)物無須人為介入不會涉及到廢物的重新產(chǎn)生或遷移費用低克服機械化修復(fù)設(shè)施所帶來的局限可被用作其它人為介入的修復(fù)措施的并行或后繼措施監(jiān)測條件下的自然衰減法局限性時間很長進(jìn)行長期監(jiān)測并負(fù)擔(dān)相關(guān)費用，實施機構(gòu)負(fù)責(zé)受當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)條件的自然變化及人為因素的影響，包括地下水的流向、流速以及污染物的釋放濃度和性質(zhì)有利的水文和地球化學(xué)條件可能隨著時間而發(fā)生變化，從而導(dǎo)致曾經(jīng)穩(wěn)定化了的污染物重新發(fā)生運移，對修復(fù)成果產(chǎn)生負(fù)面的影響含水層的各向異性可能使場地特征復(fù)雜化生物降解的中間產(chǎn)物（氯代乙烯）可能會比原來的化合物（三氯乙烯）毒性更大監(jiān)測條件下的自然衰減法水力學(xué)方法地下水污染的修復(fù)水力學(xué)方法1、排水系統(tǒng)重力排水、淺井群井、深井2、注水系統(tǒng)補給水塘、注水井3、設(shè)置低水力傳導(dǎo)系數(shù)的屏障可單獨或聯(lián)合使用構(gòu)成水動力屏障系統(tǒng)水動力屏障系統(tǒng)1、重力排水——常規(guī)重力排水河流排水溝/渠水力學(xué)方法水動力屏障系統(tǒng)1、重力排水——使用粘土和塑料設(shè)置屏障的重力排水排水溝/渠河流水力學(xué)方法水動力屏障系統(tǒng)1、重力排水利用重力排水降低地下水位水力學(xué)方法水動力屏障系統(tǒng)1、重力排水利用重力排水與設(shè)置垂向屏障相結(jié)合的方法完全封閉污染場地水力學(xué)方法2、抽水井：降低地下水位和抽出被污染的地下水，達(dá)到控制污染物遷移和去除污染的目的改變地下水流場，防止地表水污染水力學(xué)方法水動力屏障系統(tǒng)2、抽水井最大限度降低地下水位，避免地下水與污染物直接接觸水力學(xué)方法2、抽水井改變局部水力梯度，防止下伏含水層污染水力學(xué)方法2、抽水井改變地下水流場，限制污染范圍水力學(xué)方法3、抽水和注水系統(tǒng)水力學(xué)方法不足污染物與水的不混溶性許多污染物在水中的溶解度相當(dāng)?shù)?，極難從地下沖洗出來；污染物通過擴散進(jìn)入地下水流動性有限的微孔和滯留區(qū)，沖洗十分困難；含水介質(zhì)對污染物的吸附解吸的速度很慢，將吸附在土壤上的污染物沖洗下來是一個相當(dāng)慢的過程。含水介質(zhì)的非均質(zhì)性

由于含水介質(zhì)的的差異，很難預(yù)測污染物和水運動的路徑水力學(xué)方法抽出-處理法是最早使用、應(yīng)用最廣的經(jīng)典方法從污染場地抽出被污染的水，并用潔凈的水置換之；對抽出的水加以處理，污染物最終可以被去除必須把對抽出-處理系統(tǒng)的監(jiān)測作為修復(fù)措施整體必不可少的組成部分，監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)處理后地下水直接使用回灌稀釋受污染水體，沖洗含水層加速地下水的循環(huán)流動3、抽出-處理法(PAT，PumpAndTreatment)水力學(xué)方法反應(yīng)性滲透墻（PRB，PermeableReactiveBarrier

）

地下水污染的修復(fù)定義是一種原位處理技術(shù)將含適當(dāng)反應(yīng)物質(zhì)的可滲墻橫跨在污染物羽狀流束的流動路徑上。當(dāng)被污染的水流經(jīng)墻體，污染物或被去除，或被降解，污染被清除后的水繼續(xù)向下游流動反應(yīng)性滲透墻CasestudyPRBtoInterceptContaminantsinlandfillleachate,USAmid1930sto1981municipal&industrialPRB重點考慮