地下水污染特征与修复方法.pptx

地下水污染特征与修复方法 地下水与地下水污染我国区域地下水污染基本情况地下水污染的类型地下水污染源地下水污染的危害地下水污染的防治地下水污染控制技术治理办法结论 内容 地下水定义 地下水是地表水经由含水层的补给源进入地层并储存于其中形成的 地下水是水资源的重要组成部分 是人类生存 生活和生产活动必不可少的宝贵的自然资源 1 地下水与地下水污染 生态价值主要体现在它具有良好的涮蓄功能 可以平衡丰枯年水资源的利用 经济价值体现在闪其具有水质优良和便于开采的特点 可以战为满足特定需求的独立水源 也可以作为一种正规的补充水源地 就水质而言 地下水是自然界提供给人类的最好的饮用水水源 地下水作为重要的供水水源 在保证居民生活用水 社会经济发展和生态环境平衡等方面起到不可替代的作用 关于地下水污染的定义 目前国内外学者仍无比较统一的说法 似乎有点众说纷纭 但正确的定义是 凡是人类活动影响下 地下水水质变化朝着水质恶化方向发展的现象 统称为 地下水污染 不管此种现象是否使水质恶化达到影响使用的程度 只要这种现象一发生 就应视为污染 至于天然地下水存在某些组分浓度相对富集和贫化而超过水质标准的现象 不应称为地下水污染 而应称为 天然异常 由于人类活动的影响 特别是城市生活污水及垃圾堆放 工业 三废 等的排放 农业大量使用化肥农药等 导致地下水污染问题曰益突出 污染严重区主要分布在大城市的中心地带 城镇周围区 排污河道两侧 地表污染水体分布区及引污水灌溉农田地区 2 我国区域地下水污染基本情况 据统计 我国大 中城市浅层地下水不同程度地遭受污染 其中约一半的城市市区地下水污染较严重 全国多数城市地下水水质呈下降趋势 部分城市浅层地下水已不能直接饮用 由此造成的缺水城市和地区日益增多 污染组分主要有三氮 NO3 NO2 NH4 酚 氰 重金属总硬度及COD等地下水污染 不仅检出组分越来越多 越来越复杂 而且污染程度和深度也在不断增加 有些地区深层水中已有污染物检出 地下水污染正由点污染 条带状污染向面上扩散 由浅层向深层渗透 从城市向周围蔓延 应引起高度重视 鉴于地下水有机污染的普遍性多样性 危害性及其复杂性 国土资源部从1999年以来 先后在京津冀 长江三角洲 珠江三角洲等地区开展了地下水有机污染调查 研究地下水污染调查 监测工作初步显示 主要城市及近郊地区地下水中普遍检测出有毒微量有机污染物 且不同地区由于地质水文地质条件的差异 有机污染物在地下水中的分布也存在明显不同 从目前初步调查结果看 地下水中检出的有机污染物含量普遍较低 在有限定值的指标中 邻苯二甲酸二正丁酯最大检出值超过我国生活饮用水卫生标准1 4倍 邻苯二甲酸 2一乙基己基 酯最大检出值超过我国生活饮用水卫生标准0 125倍 典型地区地下水有机污染情况 1999 2002年在京津冀典型地区开展地下水有机污染调查 检测有机组分43项 实际检出36项 分别为单环芳烃12项 卤代烃 多环芳烃16项和有机农药8项调查表明 氯代烃中的三氯甲烷 四氯化碳 三氯乙烯 四氯乙烯是调查区主要检出的有机污染物 1 京津冀典型地区地下水有机污染特征 2003年以来 在长江三角洲典型地区开展了浅层地下水有机污染调查研究 120J E水井进行了卤代烃 单环芳烃和农药等有机污染组分的取样测试 挥发性有机物和农药均有不同程度检出 但有机污染物含量还未发现超标 长江三角洲典型地区浅层地下水有机污染特征 2005年开始 在珠江三角洲地下水调查中发现 挥发性有机污染物和半挥发性有机污染物均有明显检出 珠江三角洲中心区地下水污染已呈现一定的区域分布特征 调查区中大多数地下水源地水质良好 地表水污染比地下水污染严重 丘陵区地下水污染轻微 地下水有机污染样品检出的污染物种类包括卤代烃类单环芳烃类 多环芳烃类 酞酸酯类 酚类 酮类共六大类 均主要为化学工业品污染 3 珠江三角洲地区地下水污染特征 地下水污染的类型有很多 较常见的有病原微生物及耗氧有机物污染 无机有害和有毒物污染 金属有害和有毒物污染 有机毒物污染 石油污染 放射性污染 3 地下水污染的类型 受我国水资源及人口分布 经济发达程度 开采条件等诸多因素的影响 地下水的污染源也各不相同 根据我国地下水污染源的分布特征可分为点污染源 面污染源 扩散污染源 4 我国地下水污染源 点污染源在技术上的定义为 任何会释放或可能释放污染物的独立载体 这些载体必须是可以辨别的 而且有一定的范同 点污染源包括垃圾填埋场 易泄漏的石油储存罐 易泄漏的化粪池和意外溢U 1 点污染源 面污染源是与点污染源相对应的 面污染源主要指农村灌溉水形成的径流 农村巾无组织排放的废水 地表径流及其他废水污水 农村废水一般含有有机物 病原体 悬浮物 化肥 农药等污染物 畜禽养殖业排放的废水也含有很高浓度的有机物 它们在自然界比较稳定 在一定的时间内 会残留在土壤 水域及生物体内 并随着食物链逐步积聚在人体内 引起一些不量后果 2 面污染源 扩散污染源是大气扩散的污染物通过沉降或降水等途径进入水体 主要指放射性沉降物和酸雨等 3 扩散污染源 地下水污染不仅会导致传染性疾病等社会公害的发生 还会因其失去作为水资源的经济和生态价值而加剧水资源短缺的紧张局面 严重制约经济和社会的可持续发展 5 地下水污染带来的危害 地下水污染直接影响饮用水源的水质 当饮用水源受到合成有机物污染时 会导致如腹水 腹泻 肠道线虫 肝炎 胃癌 肝癌等很多疾病的产生 特别是人们饮用被硝酸盐污染的地下水后可以导致癌症 还可能引起高铁 变性 血红蛋白症 导致患者死亡 危害人体健康 地下水被制漆厂污染水龙头流出 蓝墨水 很多地区的农民有喜欢用污水浇灌农作物的习惯 当农作物吸收污水废水和化学肥料中过量的氮素 硝酸盐 亚硝酸盐和氨氮 时 这些有害氮素能降低农作物 如土豆等 对机械损伤的抵抗力 降低水果和蔬菜的质量 减少香味和冬季的耐藏力 还能降低某些农作物的养分 降低农作物的产量和质量 地下水污染造成的水质恶化对生态环境的影响也是巨大的 污染物排人河流 湖泊后除了对水体中天然鱼类和水生物造成危害外 对水体周围生态环境的影响也是一个重要方面 过量的硝酸盐进入河 湖后 使河 湖水酸化并有腐蚀性 影响水中生物的正常生长 甚至能导致某些水中生物的灭绝 加速生态环境的退化和破坏 地下水污染对人体健康 农业生产 生态环境的负面影响 都会表现为经济损失 据农业部和环保总局联合发布的2006年度 中国渔业生态环境状况公报 显示 全国共发生渔业水域污染事故1463次 污染面积约9 4万hm2 造成直接经济损失约2 43亿元 造成经济损失 地下水污染带来的危害是触目惊心的 地下水污染一般不容易发觉 具有污染途径隐蔽 污染机理与污染防治系统庞大 地下水流慢等特点 一旦污染很难治理 即使花很大的代价 耗时较长 也难奏效 因此 在地下水环境保护工作上要坚持以防为主的方针 宁肯在预防上投入足够的人力 物力 而不要在污染发生后付出更大代价去治理 坚持 预防为主 防治结合 分类管理 综合治理 原则 既要积极治理现存的污染 保护地下水的出入口 防止水质的进一步恶化 又要采取有力的措施防止新的污染产生 以全面保护地下水资源 6 地下水污染的防治 1 合理开发和利用地下水资源2 提高公众环境意识并加强地下保护宣传力度3 建立水质监测网并重点做好水质监测工作4 开展地下水环境脆弱性调查评价及编制评价图册 6 1预防措施 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 比地表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 6 2地下水污染的预防 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 3 严禁采用渗井 渗坑排放污水 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 6 加强水资源保护 严格执法和管理 增强环保意识 自觉保护水资源 主要措施 地下水污染控制技术归纳起来主要有 物理处理法 水力法 抽出处理法 化学法 生物修复法 7 地下水污染控制技术 地下水的自然衰减 物理法是用物理的手段对受污染的地下水进行治理的一种方法 概括起来又可分为 7 1 1屏蔽法该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 它只在处理小范围的剧毒 难降解污染物时才可考虑作为一种永久性的封闭方法 多数情况下 它只是在地下水污染治理的初期 被用作一种临时性的控制方法 7 1物理处理法 7 1 2被动收集法该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 如油类污染物等 或将所有受污染地下水收集起来以便处理的一种方法 7 1 3抽提法该法是在污染区施工一对或数对钻孔 向一个孔中注入清洁的水 从另一个孔中抽出含污染物的水到地表进行处理 去除污染物或使其失效 在有些情况下处理过的水又重新注入地下 然后再抽出 一直持续到抽出的液体不含污染物为止 这种处理方式对抽取出来的水中污染物进行高效去除 但不能保证全部地下水尤其是岩层中的污染物得到有效去除 水力法是利用井群系统 通过抽水或向含水层注水 人为地改变地下水的水力梯度 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 水力法可分为上游分水岭法和下游分水岭法 上游分水岭法是在受污染水体的上游布置一排注水井通过注水井向含水层注入清水 使得在该注水井处形成一地下分水岭 从而阻止上游清洁水体向下补给已被污染水体 下游分水岭法则是在受污染水体下游布置一排注水井注水 在下游形成分水岭以阻止污染羽流向下游扩散 同时在上游布置一排抽水井 抽出清洁水并送到下游注入 7 2水力法 抽出处理法是当前应用很普遍的一种方法 可根据污染物类型和处理费用来选用 大致可分为 物理法 包括 吸附法 重力分离法 过滤法 反渗透法 气提法 空气吹脱法和焚烧法等 化学法 包括 混凝沉淀法 氧化还原法 离子交换法和中和法等 生物法 包括 活性污泥法 生物膜法 厌氧消化法和土壤处置法等 受污染的地下水抽出后的处理方法与地表水的处理相同 需要指出的是 在受污染地下水的抽出处理中 井群系统的建立是关键 井群系统要能控制整个受污染水体的流动 处理后的地下水的去向有两个 一是直接使用 另一个则是用于回灌 因此环境学者和水文地质学者转向原位处理方法的研究 7 3抽出处理法 化学修复是通过氧化 还原 吸附 沉淀 有机金属络合等化学反应使重金属或有机物在原地转化为无毒或毒性小的形式 或形成沉淀而去除 显然 反应药剂的研究与开发是关键 它们应具有很高的活性 本身无毒 不造成地下水的二次污染 且成本低廉 具体有 7 4化学修复法 通过井群系统向受污染水体灌注化学药剂 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化合物形成沉淀等 7 4 1加药法 渗滤墙技术主要适用于较薄 较浅含水层 一般用于填埋渗滤液的无害化处理 具体做法是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粘土层 然后在沟内填充能与污染物反应的透水性介质 受污染地下水流入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 常用的填充介质有 灰岩 用以中和酸性地下水或去除重金属 活性炭 用以去除非极性污染物和CC1 苯等 沸石和合成离子交换树脂 用以去除溶解态重金属等 7 4 2渗滤墙技术 利用土壤中的粘土层 通过注射井在原位注入表面活性剂及有机改性物质 使土壤中的粘土转变为有机粘土 经改性后形成的有机粘土能有效地吸附地下水中的有机污染物 7 4 3土壤改性法 对于有机烃类污染 可用空气吹脱 即将空气注入到受污染区域底部 空气在上升过程中 污染物中的挥发性组分会随空气一起溢出 再用集气系统将气体进行收集处理 也可采用蒸汽冲洗 蒸汽不仅可以使挥发性组分溢出 还可以使有机物热解 另外 用酒精冲洗亦可 理论上 只要整个受污染区域都被冲洗过 则所有的烃类污染物都会被去除 7 4 4空气吹脱技术 电动力学修复技术是利用电渗析或电迁移和电泳 使土壤孔隙中的水和电荷离子或粒子发生迁移运动 该法可以高效除去地下水中的重金属离子 在运用时需要注意的是堵塞问题 尤其当地下水中重金属反应生成沉淀 从而堵塞含水层 影响处理过程的进行 7 4 5电动力学修复 生物修复就是利用原生微生物在污染场地不同区域的好氧 兼氧 厌氧微生物反应降解污染物质的环境修复方法 一般单纯利用原生微生物降解污染物 降解效率低 所需时间长 因此 强化原生微生物降解污染物的效率就十分关键 研究表明 微生物的降解效果与温度 营养物质 污染物的生物可利用率等因素有关 因此 研究的热点集中在通过传送营养物质 电子受体 表面活性剂 共代谢基质等增加微生物的活性 污染物的生物可利用性或添加生物催化剂加速生物降解速度和效率等方面 对于难降解的污染物 原生微生物的降解效率并不高 有必要驯化培养一些具有特定性能高速分解难降解化合物 并能与原生微生物共存的特异微生物 将这些高效微生物添加到污染的地下水环境中来降解那些难降解的有机物 具体有 7 5生物修复法 生物注射法亦称空气注射法 AirSparging 它是在传统气提技术的基础上加以改进形成的新技术 主要是将加压后的空气注射到污染地下水的下部 气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解 这种方法主要是抽提 通气并用 并通过增加及延长停留时间促进生物降解 提高修复效率 以前的生物修复利用封闭式地下水循环系统往往造成氧气量的供应不足 而生物注射井提供了大量的空气以补充溶解氧 从而促进生物降解 7 5 1生物注射法 利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物 带正电荷的有机修饰物 阳离子表面活性剂通过化学键键合到带负电荷的粘土表面上合成有机粘土 粘土上的表面活性剂可以将有毒化合物吸附到粘土上从而去除或进行生物降解 7 5 2有机粘土法 这个系统主要是将抽提地下水系统和回注系统 注入空气或H2O2 营养物和已驯化的微生物 结合起来 促进有机污染物的生物降解 7 5 3抽提地下水系统和回注系统相结合法 生物反应器的处理方法是7 5 3方法的改进 就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程 这种处理方法包括4个步骤 自然形成一闭路循环 这4个步骤是 将污染地下水抽提至地面 在地面生物反应器内对其进行好氧降解 生物反应器在运转过程中要补充营养物和氧气 处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内 在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物 并注入氧气 使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行 生物反应器法不但可以作为一种实际的处理技术 也可用于研究生物降解速率及修复模型 近年来 生物反应器的种类得到了较大的发展 连泵式生物反应器 连续循环升流床反应器 泥浆生物反应器等在修复污染的地下水方面已初见成效 7 5 4生物反应器法 大多数生物修复方法都是在好氧环境中进行的事实上在厌氧环境中进行的生物修复也具有极大的潜力 厌氧降解碳氢化合物时 微生物利用的电子受体包括 硫酸盐 硝酸盐 Fe3 Mg2 CO2等 如 在美国加州已有利用此法在污染现场含水层缺乏溶解氧的情况下成功地处理苯 甲苯 乙苯 二甲苯等的例子 7 5 5厌氧处理 利用植物对受污染的地下水进行修复 修复的对象可以是有机物 也可以是无机物 主要的修复过程在植物的根部周围进行 植物修复的优点是投资少 其根部可以渗透到一般技术难以达到的位置 污染物泄漏少并能使土壤得到改良 缺点是处于根部深层的污染物无法得到去除 而且污染物的毒性可能影响到植物的生长 修复过程比较缓慢 7 5 6植物修复技术 首先应查清现状 了解我国日前污染源的渗漏污染基本状况 分析各种污染物的具体来源 工业 交通 建筑 垃圾掩埋 农业等 从而采取相应的减少污染来源的措施 对污染物实行分类管理 然后分期 分批综合治理 8 治理办法 在工业体系中对污染源排放实行总量控制 加强污染物流失总量的管理 以污染物流失总量为管理指标 把环境要求变成指标 对于工业 三废 采用先进技术 改进生产工艺 采取无污染或少污染的新工艺 应用闭路循环模式把工业 三废 的污染消化在生产过程中 要建立污水处理厂 用物理 化学和生物方法对工业废水进行处理 达标后再排放到自然界中 8 1工业体系 在农业体系中使用高效的灌溉技术及科学的耕作方式 寻求科学合理的施药施肥技术 尽量少施化肥 少施农药 尤其少施合成农药 将传统的漫灌方式改为喷灌和滴灌方式 严禁使用渗井 渗坑排污 污水沟渠要能防渗 对还在使用的渗井 渗坑 自然渗漏的化粪池和清污合流制下水道排污的城市尽可能清除和改造 垃圾场 粪便坑要能防渗 尤其是在浅层地下水范围内 要做好粪坑和污废水的防渗工作 禁止用未处理过的污水灌溉 8 2农业体系 对于某些污染水可通过人工补给被污染的地