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地下水污染及防护治理 范鸿杰 10 级水文与水资源专业 学号 1030101081 摘要 地下水是水资源的重要组成部分 是人类赖以生存的物质基 础 它是中国北方城市重要的供水来源更是中国非常重要的战略储备 资源 因此地下水环境的好坏关系到国民经济的发展和人们身体健康 然而近年来由于人类活动的影响 特别是城市生活污水 垃圾以及工 业三废的排放 农业生产大量使用农药化肥等 导致地下水污染问题 日益突出 严重制约着国民经济的可持续发展 威胁着人类生命的健 康 同时也给环境带来了很大的压力 地下水由于其自身特点极易受 到人类活动的影响而被污染 在我国地下水污染途径主要有沿海地区 的海水人侵 硝酸盐污染 石油和石油化工产品的污染等 因此 必 须加强对地下水的水质监测和防治工作 如加强污水的处理 回用及 防止水污染的宣传教育与切断污染源 综合防治地下水污染等 关键词 地下水污染 污染来源 污染危害 预防措施 污染治理 1 地下水对整个国民经济以及人类生存的重要性 地下水资源不仅储存量大 还具有水质好 分布广泛 便于就地开采利用等 优点 据统计 我国约有 70 的人口以地下水为主要饮用水源 在北方地区 地下水开发利用率比较高 如海河流域的地下水利用率达 90 以上 在全部用 水量中 地下水占 5 0 以上 地下水的利用和保护是关系到我国经济和社会可 持续发展的战略问题 但是地下水一旦由于开发和保护不当而遭受污染 不但其 自净能力极弱 而且会对生态环境造成严重影响 直接对人类及其活动造成危害 因此加强对珍贵的地下水资源保护具有非常重要的意义 近年来 随着我国人口 的迅速增加和城市经济建设的飞速发展 使水资源的供需矛盾日益突出 水资源 短缺已成为制约经济发展的严重阻碍 特别是随着城市的发展 城乡生活和工业 生产污水排放量逐年增多 地表水和地下水遭受污染 水质恶化现象日趋严重 因此 查清地下水的污染源和污染物 污染途径 对地下水污染现状进行评价 提出地下水污染的防治措施 使水源地地下水的污染状况得以控制 对促进我国 工农业生产的持续发展 改善城区居民饮水质量 提高居民健康水平有重要意义 1 1 我国地下水资源的现状 据估算我国地下水天然资源约 8700 亿方 年 占我国水资源 31 左右 其 中能直接开发利用的约 2900 亿方 年 我国地下水资源 1 3 集中分布在北方各大 平原和盆地 北方地区地下水天然资源为 2800 亿方 年 占北方水资源总量的 48 目前地下水实际开采约 747 亿方 年 占全国水资源利用总量的 16 在干旱 半干旱的北方地区 地下水已成为主要供水水源 实际开采量达 660 亿方 年 约占北方水资源总量 30 其中华北平原地下水开采量为 236 亿方 年 占全区水资源利用总量的 50 以上 据初步统计 全国 181 个大中城市中 33 城市以地下水供水为主 22 城市是地下水和地表水兼用 其余城市以地表 供水为主 在华北 27 个主要城市中 地下水供水量占城市总用水量的 87 1 2 地下水污染所带来的危害 地下水的污染从污染类型来分可分为有机污染和无机污染 石油及化工产品 苯及同系物 苯酚 高分子聚合物等有机物都是生物难以降解的 对人类健康危 害极大的 有许多是致癌物质 可以说地下水中石化产品的广泛存在 是构成全 球性恶性肿瘤的一个重要因素 人及动物饮用农药污染的地下水会引起各种怪病 如怪胎 肿瘤 皮肤及神 经系统疾病等 农业灌溉水 农村家畜产生的有机废水 城镇居民产生的生活垃 圾和生活污水 其中含有纤维素 淀粉 尿素 洗涤剂 还含有多种微生物 这 些污染物质渗入地下水中引起水的理化指标变差 COD BOD 升高 严重者出现 水质浑浊 恶臭以至于不能饮用 并且由于微生物的作用使含氮的有机物转变为 亚硝酸盐和硝酸盐 长期饮用高硝酸盐浓度的地下水会引起消化道疾病 婴儿高 铁血红蛋白症 导致婴儿窒息或死亡 地下水中含有超量的汞 铬 镉 砷及铅等金属元素及其化合物 每一种物 质的超量存在都会对人及动物造成严重的危害 这些金属元素及其化合物在自然 界生物体内都有蓄积作用 即通过生物链的传递使污染物的浓度不断扩大 造成 的危害也就越来越大 它们可以在人体肝 肾 脾以及脑组织 骨组织等重要部 位富集 长期饮用汞含量超标的地下水可引起肝炎 肾炎 运动失调等疾病 往 往导致死亡或遗患终生 镉在人体中有很强的富集作用 饮用被镉污染的水往往 会引起慢性中毒 损害人的肝 肾和骨骼等 砷及其化合物都是强毒性的 摄入 超量的砷会引起慢性中毒 潜伏期可长达几年甚至几十年 最终将造成癌变或畸 变 2 分析地下水的污染源及其污染途径 综上所述 保障地下水的水质安全以及维护良好的地下水循环系统是保障中 国经济快速增长 人民安居乐业的一项重要而且刻不容缓的艰巨任务 因此要治 理好地下水首先就得明确可能产生的污染源以及污染源的运动途径 然后制定出 相应的预防和治理措施 2 1 地下水的污染源分析 向水体排放或释放污染物的来源和场所都称为水体污染源 这是造成水体污 染的罪魁祸首 各种水体及其循环过程中涉及到许多类型复杂的污染源 从不同 的角度可将水体污染分为多种不同的类型 就地下水污染而言 其根源有以下几 种 2 1 1 工业 三废 工业 三废 废水 废气 废渣 是地下水污染的主要因素之一 工业废水 如工业电镀废水 工业酸洗污水 冶炼工业废水 轻工业废水和石油化工有机废 水不经过处理而排人城市下水道 江河湖海或直接排到水沟 大渗坑里 导致地 下水化学污染 工业废气如 SO2 H2S CO CO2 氮氧化物 苯并芘等物质会对 大气产生煤烟型严重污染 这些污染物随降雨下落 通过地表径流进入水循环中 对地表水和地下水造成二次污染 工业废渣经风吹 雨水淋滤 其中的有毒有害 物质如重金属 挥发性酚 氰化物等进入水体和土壤 其中部分随降水直接入渗 部分随地表径流往下游迁移并下渗 从而对地下水形成面状和线状污染 2 1 2 城市生活污染 城市生活污染源主要是生活污水和生活垃圾 生活污水主要是 SS 悬浮固 体 BOD 生化需氧量 NH4 N 氨氮 ABS 合成洗涤剂 P CL 细菌等生活 污水和医院排放的废水中所含污染物多为氨氮 磷 合成洗涤剂 厌氧细菌 挥 发性酚 汞 病毒及放射性物质 多数排人河道 沟渠或渗坑 对地表水和地下 水产生污染 生活垃圾随着日晒雨淋及地表径流的冲洗 其溶出物会慢慢渗入地 下 污染地下水 2 1 3 农业污染 由于农业活动而造成的地下水污染源主要包括土壤中剩余农药 化肥 动植 物遗体的分解以及不合理的污水灌溉等 农耕面源污染 造成农耕区地下水硝酸 盐的含量严重超标 农耕区过多施用氮肥 其中约有 12 5 45 的氮从土壤 中流失并污染了地下水 当然 流失的氮素也不全是来自施用的氮肥 它们引起 大面积浅层地下水质恶化 其中最主要的就是 NO3 N 的增加和农药 化肥的污染 2 1 4 沿海地区海水入侵和倒灌 海水倒灌是指海水入侵淡水含水层的现象 造成海水入侵的主要原因是地下 水淡水的过量开采 如果地下淡水过量开采 滨海或岛屿上淡水 海水界面可以 处于不平衡状态 这是我国最突出的区域性的人为因素引发的地下水污染问题 我国北方沿海地区 进入 80 年代以来 出现连续多年的干旱 降雨量偏低 地 下水补给量减少 但是工农业需用水量却不断增加 地下淡水 入不敷出 海 水入侵造成大批机井报废 耕地丧失灌溉能力 工业产品质量下降 更严重的是 造成人 畜用水发生困难等问题 而这些问题主要发生在渤海沿岸 其中最严重 的是胶东的莱州湾地区 据有关研究报告 莱州湾地区现代海水入侵面积已达 733 4 平方公里 其中莱州市占 274 5 平方公里 位于黄海沿岸的青岛市 也出 现海水入侵 引起城市供水水源地的污染 3 地下水水质监测和预防污染的措施 从以上所描述的地下水的重要性和污染所带来的巨大危害性 使我们不得不 高度重视地下水的水质情况以及地下水流动的活跃性和地下水储存量的实时变 化情况 只有这样才能更好的保证地下水资源的质和量 也才能保障和促进一方 经济的和谐稳定发展 因此做好地下水水质的监测和提前预防是做好这一切的前 提和基础 也是最有效防止地下水污染的方法 所以下面着重从水质监测和预防 地下水污染两方面来描述 3 1 地下水水质监测方法简述 物探法 对于地下水质的监测 受观测孔或民用孔分布的限制 只有当污染物到达井 孔时污染才有可能被发现 而此时污染已经持续很长时间 污染范围已经扩大 为了及时发现污染 将污染减小到最小化 可以利用电阻率评价地下水矿化度的 方法监测地下水污染 地下水中所含各种离子 分子和化合物的总量称总矿化度 通常以水在 105 110 C 温度下烘干后留下的干涸残渣量来表示 一般 当总矿化度小于 1 克 升时为淡水 1 3 克 升为微咸水 3 10 克 升为咸水 10 50 克 升为盐水 大于 50 克 升为卤水 当地下水受到污染时 地下水的矿化度会随之而升高 地层岩石的电阻率不仅与地层中组成岩石的矿物成分 岩石结构及孔隙度和孔隙 结构有关 还与地下水的化学成分有关 我们需要确定影响地下水的电阻率的因 素 3 1 1 影响地下水电阻率的主要因素 假设地下水的电阻率 水 值由下式决定 水 式中 n 和 n 为水中的正负离子数 e 和 e 为每个正负离子所带的电量 v 和 v 为正负离子的迁移速度 上式表明 水中导电离子数目的电荷量以及迁移速 度越大 则岩石电阻率值越低 反之则高 由此可以看出 影响水电阻率的主要 因素是水的矿化度 矿化度高离子含量高 和温度 温度高离子迁移速度大 下图 即为各种溶液的电阻率与其矿化度的关系 3 1 2 矿化度对地下水电阻率的影响 由上图可以看出 电阻率随着水矿化度的增长呈线性下降 这对任何盐类都 一样 水的矿化度有代表性的变化是从 0 01 到 1 克 升 这样大小的变化可使水 的电阻率变化 100 倍 但在有盐溶液存在的情况下 则可达几个数量级 同事上 图给出电阻率与溶盐的成份的关系曲线 在水中含有与 NaCL的数值相等的 KCL CaSO4 或 CaCL2 时 水的电阻率变化不大 但若水中溶解有 HCL 时 则其电阻 就大不相同 在 HCL 和 NaCL 浓度相同时 水的电阻率在第一种情况下减少五倍 设水的矿化度为 C 水 那么对不同的溶液 其溶液的电阻率满足 Log 水 a b LogC水 其中 b 为一常数 a 为一与温度有关的系数 因此我们可以看出 当温度一 定时 地下水的电阻率随地下水矿化度的变化而变化 因而在一定的温度下 没 有受到污染的纯净地下水的电阻率有一个固定的范围 因此 我们可以通过电法 勘探监测地下水的电阻率 当电阻率不在那个固定范围时 我们可以快速确定地 下水有可能受到了污染 从而尽快采取措施 将损失减小到最少 3 2 预防地下水污染 地下水污染一般不易被发现 不像地表水可以从水体的颜色 嗅味等物理性 状来判断是否受到污染 当发现时污染已持续很长时间 污染范围已经扩大 地 下水污染治理涉及受污染的土壤及含水层的治理和恢复 比地下水污染治理难度 要大 费用要高 因此 对地下水污染要采取以防为主的方针 3 2 1 国家相关部门应做的预防工作 保护地下水的安全不仅仅是每一个公民的义务与责任 而作为维护和保障人 民利益的党中央领导集体以及相关部门更应当承担起保护地下水安全的艰巨任 务 因此我个人认为国家的相关权力机构应当从法律和具体措施两方面做到以下 五点 1 完善地下水环境保护的法律法规体系建设 面对地下水污染的严峻形 势 以及地下水环境管理中存在的诸多问题 应进一步加强地下水污染防治的有 关法律法规体系建设 为地下水环境的保护提供完备的法律依据与政策支持 2 加强地下水监测网络建设 国家应加大对地下水环境监测基础设施的 投入 建立完备的地下水监测网络 统一地下水监测的有关技术规范 不断完善 水环境监测体系 对现有多部门建设的监测网络进行有效集成 建成国家地下水 监测数据公用平台 3 进行系统的全国地下水污染情况调查 我国还从未系统的开展过全国 地下水污染调查工作 水质总体状况 污染来源不清 难以划分地下水质量区域 科学制定水资源保护与防治规划 因此急需开展全国地下水污染调查评价 并建 立地下水污染区域的评价指标体系 为地下水污染的防治工作提供基础资料 4 建立全国地下水污染预警与应急预案 实现大区域范围内的地下水污 染信息进行实时监控 对地下水污染严重的地区及时预报 使我们能够在第一时 间掌握地下水污染的情况并及时采取措施控制污染的蔓延 5 加大宣传力度 提高公众环保意识 可通过广播 电视 报纸等信息 媒体及培训班等不同宣传手段提高全社会对地下水污染危害的认识 增强全民的 环境意识 提高公众环境保护的参与意识 3 2 2 地方性相关部门 工厂以及每个公民应做的预防措施 地下水的保护不仅需要国家的相关法律支持和基本资料的收集 而且更重要 的措施便是地方性相关部门和工厂把国家对地下水的相关法律法规落实到实处 并不断增强每一个公民对水的保护意识 所以地方政府 工厂以及每一个公民要 做到一下几点 1 开展地下水环境脆弱性评价 为决策 管理人员和规划设计人员提供 有关地区的地下水环境条件 指导工程的选址 选线 合理布局工农业生产 合 理调整产业布局 进行环境功能分区 划分重点水源保护区 2 改进工业生产工艺 采取无污染或少污染的新工艺 减少污染物的排 放量 在重点水源保护区 严禁新上排放污水的项目 对已有的工业 能搬迁的 要搬迁 不能搬迁的要求严格限制排放 加强治理 做到达标排放 3 严禁采用渗井 渗坑排放污水 在水源保护地不得兴建永久性的固体 废物堆放场 临时堆放场也要采取必要的防渗措施 防止污染物渗入地下水 4 合理适当使用氮肥 使所使用的氮肥既满足作物生长的需要又不要过 量 提高作物对氮的利用率 实施节水灌溉 减少氮的流失 5 严禁垃圾乱堆乱放 建设城市垃圾卫生填埋场 有毒有害的工业废物 要在人烟稀少 地层不漏水的地区进行封闭堆存 处理废水废渣的场所放在城市 和水源地下游的不易渗透的区域 并要远离地下水体 4 地下水污染治理 4 1 物理法 4 11 屏蔽法 屏蔽法是在地下建立各种物理屏障 将受污染水体圈闭起来 以防止污染物 进一步扩散蔓延 常用的灰浆帷幕法是用压力向地下灌注灰浆 在受污染水体周 围形成一道帷幕 从而将受污染水体圈闭起来 其他的物理屏障法还有泥浆阻水 墙 振动桩阻水墙 块状置换 膜和合成材料帷幕圈闭法等 适合在地下水污染 初期用作一种临时性的控制方法 4 1 2 被动收集法 是在地下水流的下游挖一条足够深的沟道 在沟内布置收集系统 将水面漂 浮的污染物质收集起来 或将受污染地下水收集起来以便处理的一种方法 在处 理轻质污染物 如油类等 时比较有效 4 2 水动力控制法 水动力控制法是利用井群系统通过抽水或向含水层注水 人为地区别地下水 的水力梯度 从而将受污染水体与清洁水体分隔开来 根据井群系统布置方式的 不同 水力控制法又可分为上游分水岭法和下游分水岭法 水动力法不能保证从 地下环境中完全 永久地去除污染物 被用作一种临时性的控制方法 一般在地 下水污染治理的初期用于防止污染物的蔓延 4 3 抽出 处理法 抽出 处理法是最早使用 应用最广的经典方法 根据污染物类型和处理费 用分为物理法 化学法和生物法三类 在受污染地下水的处理中 井群系统的建 立是关键 井群系统要控制整个受污染水体的流动 处理地下水的去向主要有两 个 一是直接使用 另一个则是多用于回灌 后者为主要去向 用于回灌多一些 的原因是回灌一方面可以稀释被污染水体 冲洗含水层 另一方面可以加速地下 水的循环流动 从而缩短地下水的修复时间 此方法能去除有机污染物中的轻非 水相液体 而对重非水相液体的治理效果甚微 此外 地下水系统的复杂性和污 染物在地下的复杂行为常常干扰此方法的有效性 4 4 原位处理法 4 4 1 加药法 通过井群系统向受污染水体灌注药剂 如灌注中和剂以中和酸性或碱性渗滤 液 添加氧化剂降解有机物或使无机物形成沉淀等 4 4 2 渗透性处理床 适用于较薄 较浅含水层 一般用于渗滤液的无害化处理 在污染羽流的下 游挖一条沟 该沟挖至含水层底部基岩层或不透水黏土层 然后在沟内填充能与 污染物反应的透水性介质 受污染地下水流人沟内后与该介质发生反应 生成无 害化产物或沉淀物而被去除 4 4 3 土壤改性法 利用土壤中的黏土层 通过注射井在原位注入表面活性剂及有机改性物质 使土壤中的黏土转变为有机黏土 经改性后形成的有机黏土能有效地吸附地下水 中的有机污染 4 4