第四章地下水修复与保护

1、第三章第三章 地下水水环境保护与修复地下水水环境保护与修复 第一节第一节 地下水基本特征地下水基本特征一、地下水形态一、地下水形态在地下水位以上，呈不饱在地下水位以上，呈不饱和状态，称为和状态，称为包气带包气带；水压大气压水压大气压在地下水位以下，呈饱和在地下水位以下，呈饱和状态，称为状态，称为饱和带饱和带。水压大气压水压大气压非承压蓄水层：地下水的水位是非承压蓄水层：地下水的水位是其上边缘，分隔包气带和饱和带，其上边缘，分隔包气带和饱和带，受水文和气象影响大，易受污染受水文和气象影响大，易受污染 承压蓄水层承压蓄水层 ：上边缘是弱含水层或：上边缘是弱含水层或隔水层，承压、不易受污染，污染隔水

2、层，承压、不易受污染，污染后难修复后难修复蓄水层蓄水层1.3 地下水：存在于土壤空隙和地下岩层裂隙溶洞地下水：存在于土壤空隙和地下岩层裂隙溶洞中的水分。中的水分。 *我国总量约我国总量约8700亿亿m3/a，实际可用，实际可用2900亿亿m3/a ，全国，全国2/3城城市以地下水为水源，农业用水占地下水总开采量的市以地下水为水源，农业用水占地下水总开采量的81%。 地下水地下水形态形态： 自由地下水（潜水）自由地下水（潜水）埋藏于第一个隔水层上的地埋藏于第一个隔水层上的地下水。下水。 承压地下水承压地下水埋藏于上下两个隔水层之间，承受一埋藏于上下两个隔水层之间，承受一定压力的地下水，又叫自流水

3、。多分布于盆地。定压力的地下水，又叫自流水。多分布于盆地。*主要问题：污染、过度开采、海水倒灌主要问题：污染、过度开采、海水倒灌地下水污染地下水污染：污染物迁移取决于地下水流量，污染物迁移取决于地下水流量，主要是平流运送。另外，分子扩散、流速变化、主要是平流运送。另外，分子扩散、流速变化、离子交换、固体吸附、降解等起部分作用。离子交换、固体吸附、降解等起部分作用。主要污染源：主要污染源：1）农业；）农业；2）工业和城市垃圾、）工业和城市垃圾、污水侵入土壤和地下水；污水侵入土壤和地下水；3）大气沉降；）大气沉降；4）采矿废弃物；采矿废弃物；5）地下储罐和输送管线等）地下储罐和输送管线等主要污染物

4、：硝酸盐类、难降解的有机物、重主要污染物：硝酸盐类、难降解的有机物、重金属等金属等二、地下水污染物分布二、地下水污染物分布有机污染物来源：石油化工工业、化石燃有机污染物来源：石油化工工业、化石燃料工业、化工溶剂和非溶剂，以及各种料工业、化工溶剂和非溶剂，以及各种物质制造过程等。物质制造过程等。 无机污染物主要是金属污染物，主要来源无机污染物主要是金属污染物，主要来源市政垃圾、工业废弃物、采矿、冶炼和市政垃圾、工业废弃物、采矿、冶炼和电镀等。电镀等。 污染物在土壤积泥中存在形式：污染物在土壤积泥中存在形式： 自由状态自由状态 土壤孔隙中的蒸气状态土壤孔隙中的蒸气状态 溶解于孔隙水中溶解于孔隙水中

5、 吸附于土壤颗粒表面吸附于土壤颗粒表面四种形式之间存在着相互转换和平衡关系四种形式之间存在着相互转换和平衡关系 三地下水污染化学特征三地下水污染化学特征 与土壤密不可分！与土壤密不可分！ 矿物质：硅、铝、钙、铁、钠、钾、硫、氯、矿物质：硅、铝、钙、铁、钠、钾、硫、氯、碳等碳等 有机物：土壤的重要组成部分，对金属离子形有机物：土壤的重要组成部分，对金属离子形态具有决定性影响。主要来源于植物的腐烂分态具有决定性影响。主要来源于植物的腐烂分解，植物分泌物。能与金属离子结合形成有机解，植物分泌物。能与金属离子结合形成有机金属化合物金属化合物 植物：土壤生态的主体，对浅层土壤和地下水植物：土壤生态的主体

6、，对浅层土壤和地下水化学过程有重要调节作用。如释放化学过程有重要调节作用。如释放H H+ +、还原剂、还原剂和络合剂；影响金属离子溶解度；吸收或排出和络合剂；影响金属离子溶解度；吸收或排出金属离子金属离子 细菌和真菌：包括好氧、兼氧、厌氧、自养细菌和真菌：包括好氧、兼氧、厌氧、自养微生物。微生物。 对地下水水质产生极大的影响对地下水水质产生极大的影响如：铁细菌在井壁附近快速繁殖生长，导致生如：铁细菌在井壁附近快速繁殖生长，导致生物堵塞；物堵塞； 细菌和真菌分泌有机性的络合剂，将固态金细菌和真菌分泌有机性的络合剂，将固态金属转化为溶解态，提高可利用浓度；属转化为溶解态，提高可利用浓度； 有机物在

7、浅层地下水中好氧降解，深层地下有机物在浅层地下水中好氧降解，深层地下水中厌氧发酵降解水中厌氧发酵降解四、污染物迁移动力学四、污染物迁移动力学1 1、地下水流动特征、地下水流动特征土壤和地下水中溶解性污染物质的传质土壤和地下水中溶解性污染物质的传质主要由对流和扩散控制，土壤孔隙特主要由对流和扩散控制，土壤孔隙特性对传质有重要影响。性对传质有重要影响。蓄水层作用：储存水、输送水流蓄水层作用：储存水、输送水流 必须了解：必须了解： 地下水流动方向；地下水流动方向； 污染带迁移；污染带迁移； 污染物在包气带中的迁移；污染物在包气带中的迁移；第二节第二节 常见问题常见问题 1 1、污染源的分类、污染源的

8、分类 工业工业“三废三废”污染源污染源 城市生活污染源城市生活污染源 农业污染源农业污染源 2 2、地下水污染类型、地下水污染类型 病原微生物污染病原微生物污染耗氧有机物污染耗氧有机物污染 无机有害物污染无机有害物污染 无机有毒污染无机有毒污染 金属有害物污染金属有害物污染重金属有毒物污染重金属有毒物污染易分解有机毒物污染易分解有机毒物污染 难分解有机毒物难分解有机毒物 3 3、城市地下水污染的途径、城市地下水污染的途径 任意排放的工业废水和污水；任意排放的工业废水和污水；大气污染物质通过降水大气污染物质通过降水 ；近郊的污水灌溉及长期使用农药和化肥；近郊的污水灌溉及长期使用农药和化肥；过量开

9、采地下水，造成过量开采地下水，造成 “ “盐水入侵盐水入侵” ” 中国地下水污染状况图中国地下水污染状况图 20112011年中国地下水污染状况年中国地下水污染状况 全国地下水质量状况不容乐观第三节第三节 地下水污染修复地下水污染修复一、一、 地下水修复工程设计步骤地下水修复工程设计步骤1 1、修复现场调查、修复现场调查目的：目的： 确定污染程度确定污染程度 污染区域位置、大小污染区域位置、大小 污染区域特征、形成历史污染区域特征、形成历史 迁移方向和速度等迁移方向和速度等内容内容 ： 确定污染源；确定污染源； 土壤层钻孔；土壤层钻孔； 钻井检测地下水；钻井检测地下水； 收集土壤样品并进行分析

10、；收集土壤样品并进行分析； 收集地下水样品并进行分析；收集地下水样品并进行分析； 蓄水层水力实验。蓄水层水力实验。需要收集的数据种类需要收集的数据种类 ：污染物在土壤和地下水中存在的类型污染物在土壤和地下水中存在的类型收集样品中污染物浓度；收集样品中污染物浓度；土壤和地下水中污染物在水平面积和垂直方向土壤和地下水中污染物在水平面积和垂直方向的分布；的分布；自由浮动污染物在水平和垂直方向的分布自由浮动污染物在水平和垂直方向的分布; ;土壤特征土壤特征( (土壤类型、密度、湿度等土壤类型、密度、湿度等) )地下水水位；地下水水位；蓄水层水力实验数据等。蓄水层水力实验数据等。2 2、设计步骤、设计步

11、骤(1)(1)项目设计计划项目设计计划 设计基础：综述已有的项目材料数据和结设计基础：综述已有的项目材料数据和结论；确定设计目标；确定设计参数指标。论；确定设计目标；确定设计参数指标。 完成初步设计：收集现场信息；现场勘察；完成初步设计：收集现场信息；现场勘察；列出初步工艺和设备名单；完成平面布置草图；列出初步工艺和设备名单；完成平面布置草图；估算项目造价和运行成本。估算项目造价和运行成本。 (2)(2)项目详细设计项目详细设计 概念设计：重新审查初步设计；完善设计概念设计：重新审查初步设计；完善设计概念和思路；确定项目工艺控制过程和仪表。概念和思路；确定项目工艺控制过程和仪表。 最后设计：详

12、细设计计算、绘图和编写技最后设计：详细设计计算、绘图和编写技术说明相关设计文件；完成详细设计评审。术说明相关设计文件；完成详细设计评审。 (3)(3)系统施工建造系统施工建造招标过程：招标过程：施工过程：提供施工管理服务；进行现施工过程：提供施工管理服务；进行现场检查。场检查。(4)(4)系统操作系统操作编制项目操作和维修手册。编制项目操作和维修手册。设备启动和试运转。设备启动和试运转。(5)(5)验收和编制长期监测计划验收和编制长期监测计划二、传统修复技术二、传统修复技术 采用水泵将地下水抽取出来，在地采用水泵将地下水抽取出来，在地面进行处理净化。然后再重新注入地面进行处理净化。然后再重新注

13、入地下或者排放进入地表水体，从而减少下或者排放进入地表水体，从而减少地下水和土壤的污染程度。地下水和土壤的污染程度。1 1、技术原理、技术原理 地下水通过水泵和一个或者多个水井地下水通过水泵和一个或者多个水井抽取上来。在抽取过程中，水井水位下抽取上来。在抽取过程中，水井水位下降，与周围地下水形成水力梯度，导致降，与周围地下水形成水力梯度，导致周围的地下水不断流向水井，从而在每周围的地下水不断流向水井，从而在每一个水井周围形成一个漏斗形状地下水一个水井周围形成一个漏斗形状地下水区域。区域。水井应该合理地覆盖污染区域，抽水速率水井应该合理地覆盖污染区域，抽水速率应高于污染物在地下水中的扩散速率。应

14、高于污染物在地下水中的扩散速率。污染物在土壤污染物在土壤颗粒表面存在颗粒表面存在吸附吸附脱附现脱附现象，导致实际象，导致实际修复过程比理修复过程比理论预测长很多论预测长很多 在实施技术修复前，需要进行现场调查：在实施技术修复前，需要进行现场调查： (1)(1)地质和水力参数地质和水力参数: :水力渗透率、水力梯水力渗透率、水力梯度、传递系数、地下水流动速度、蓄水层厚度、度、传递系数、地下水流动速度、蓄水层厚度、储存系数、水自流与泵抽比例系数。储存系数、水自流与泵抽比例系数。 (2)(2)污染物方面的参数污染物方面的参数: :污染物性质、溶解度、污染物性质、溶解度、可吹脱特性、吸附特性、可生物降

15、解特性以及可吹脱特性、吸附特性、可生物降解特性以及环境排放标准等，污染带深度和分布，迁移方环境排放标准等，污染带深度和分布，迁移方向和速率等。向和速率等。(3)(3)水化学特性水化学特性:pH:pH、总溶解性固体、电导率、总、总溶解性固体、电导率、总悬浮固体、总溶解性的铁、总溶解性锰、钙硬悬浮固体、总溶解性的铁、总溶解性锰、钙硬度、总硬度、溶解氧和温度等。度、总硬度、溶解氧和温度等。(4)(4)地下水流量变化地下水流量变化: :包括短期变化、长期变化和包括短期变化、长期变化和流量的稳定性等。流量的稳定性等。(5)(5)土壤特性土壤特性: :地质起源、分层结构、颗粒尺寸分地质起源、分层结构、颗粒

16、尺寸分布、空隙率、有效空隙率、有机质含量等布、空隙率、有效空隙率、有机质含量等(6)(6)环境标准环境标准: :土壤修复标准、水处理和排放标准土壤修复标准、水处理和排放标准相关实验：相关实验：(1)(1)水泵抽提实验水泵抽提实验 (2) (2) 在瞬间抽取出一定的水量，然后观察记录在瞬间抽取出一定的水量，然后观察记录水位随着时间的恢复过程；水位随着时间的恢复过程；(3)(3)瞬间将一大块固体放入地下水，然后观察瞬间将一大块固体放入地下水，然后观察地下水水位随着时间回落的过程。地下水水位随着时间回落的过程。估算相关水力传导系数。估算相关水力传导系数。2、设计原理、设计原理(1)单个井作用范围单个

17、井作用范围(2)水井的个数按以下方式确定。水井的个数按以下方式确定。 估算地下水抽取流量；估算地下水抽取流量； 绘制单个水井的作用区范围曲线；绘制单个水井的作用区范围曲线； 将单个水井作用范围曲线按地图比例放置将单个水井作用范围曲线按地图比例放置在污染区域地图上；在污染区域地图上； 如一个水井的作用范围足够覆盖整个污染如一个水井的作用范围足够覆盖整个污染区域，则说明单个水井就足够了；区域，则说明单个水井就足够了； 否则的话，就用多个水并的作用范围罗列否则的话，就用多个水并的作用范围罗列在一起直到能够覆盖整个污染区域。在一起直到能够覆盖整个污染区域。(3)(3)水泵的选择水泵的选择 离心泵离心泵

18、( (安装在地面安装在地面) )、潜水泵、潜水泵( (安装在井内安装在井内) )离心泵抽吸提升高程离心泵抽吸提升高程6m6m，适于较高地下水水位处的地，适于较高地下水水位处的地方，广泛采用变流量离心泵。方，广泛采用变流量离心泵。潜水泵：潜水泵： 泵头安装在井内电机安装在井口；泵头安装在井内电机安装在井口； 电机和泵头都安装在并内（安装方便，更换维修不电机和泵头都安装在并内（安装方便，更换维修不便）。便）。一般情况下，电机和潜水泵头在一起时，不必是防爆一般情况下，电机和潜水泵头在一起时，不必是防爆型的；但是如果电机不在水下，则要求电机是防爆型的；但是如果电机不在水下，则要求电机是防爆型的。型的。

19、(4)(4)地面净化处理工艺地面净化处理工艺 空气吹脱：处理挥发性有机物常采用。系空气吹脱：处理挥发性有机物常采用。系统一般包括吹脱塔、喷雾系统、扩散曝气系统统一般包括吹脱塔、喷雾系统、扩散曝气系统和填料等；和填料等； 活性炭吸附：通用技术。几乎可吸附任何活性炭吸附：通用技术。几乎可吸附任何有机污染物，设计的主要内容包括吸附柱的大有机污染物，设计的主要内容包括吸附柱的大小和个数、空床停留时间小和个数、空床停留时间( (一般一般5 520min)20min)，以，以及再生周期，活性炭的吸附容量一般是理论计及再生周期，活性炭的吸附容量一般是理论计算容量的算容量的2525一一5050；化学氧化：主要

20、包括紫外化学氧化：主要包括紫外+ +过氧化氢、过氧化氢、紫外紫外+ +臭氧、紫外臭氧、紫外+ +过氧化氢过氧化氢+ +臭氧等强臭氧等强氧化剂组合，反应过程产生具有强氧化氧化剂组合，反应过程产生具有强氧化能力的氢氧自由基，使有机污染物得到能力的氢氧自由基，使有机污染物得到分解；分解； 生物降解：利用活性污泥工艺或者生生物降解：利用活性污泥工艺或者生物膜工艺，将抽取上来的地下水中的有物膜工艺，将抽取上来的地下水中的有机物进行生物氧化分解；机物进行生物氧化分解；沉淀：通常利用石灰或者碱苏打将重金沉淀：通常利用石灰或者碱苏打将重金属离子转化为不溶性的氢氧化物，经沉属离子转化为不溶性的氢氧化物，经沉淀去

21、除；淀去除； 交换树脂：利用一般的交换树脂可去除交换树脂：利用一般的交换树脂可去除重金属离子，利用特异性交换树脂可去重金属离子，利用特异性交换树脂可去除有机污染物；除有机污染物； 膜分离：利用选择性半渗透膜、可从地膜分离：利用选择性半渗透膜、可从地下水中分离去除有机物或者重金属离子。下水中分离去除有机物或者重金属离子。三、气体抽提技术三、气体抽提技术1 1、技术原理、技术原理 气体抽提技术利用真空泵和井，在受污气体抽提技术利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将有机污染物蒸染区域诱导产生气流，将有机污染物蒸气，或者将被吸附的、溶解状态的或者气，或者将被吸附的、溶解状态的或者自由相的污染物转

22、变为气相，抽提到地自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后再进行收集和处理。面，然后再进行收集和处理。抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集抽提井、真空泵、湿度分离装置、气体收集管道、气体净化处理设备和附属设备等。管道、气体净化处理设备和附属设备等。2 2、主要优点：、主要优点：能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能能够原位操作，比较简单，对周围的干扰能够限定在尽可能小的范围之内；够限定在尽可能小的范围之内；非常有效地去除挥发性有机物；非常有效地去除挥发性有机物；在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多在可接受的成本范围之内能够处理尽可能多的受污染的土壤；的受污染的土壤；系统容易安装和转移；系

23、统容易安装和转移；容易与其他技术组合使用。在美国，抽提技容易与其他技术组合使用。在美国，抽提技术几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和术几乎已经成为修复受加油站污染的地下水和土壤的土壤的“标准标准”技术。技术。VOC: volatile organic compound2 2、抽提过程操作、抽提过程操作 初期，饱和平衡状态的气相移走，液相状态的初期，饱和平衡状态的气相移走，液相状态的有机质传质至气相，并被带出来，气流中有机有机质传质至气相，并被带出来，气流中有机物浓度相对比较稳定物浓度相对比较稳定 大部分自由相状态的有机物被移走，平衡被破大部分自由相状态的有机物被移走，平衡被破坏。将污染物带出

24、的速度大于污染物质从液相坏。将污染物带出的速度大于污染物质从液相或者固相挥发传质的速度或者固相挥发传质的速度 液相呈乳化状态或粘附在土壤颗粒表面物质的液相呈乳化状态或粘附在土壤颗粒表面物质的逐渐挥发逐渐挥发 水相中呈溶解状态物质的挥发，被吸附在土壤水相中呈溶解状态物质的挥发，被吸附在土壤颗粒表面上有机物的脱附颗粒表面上有机物的脱附抽提井周围地面用抽提井周围地面用塑料覆盖，使空塑料覆盖，使空气在更大范围内气在更大范围内扩散，使有限的扩散，使有限的空气通过更多的空气通过更多的土壤。还可减少土壤。还可减少雨淋、水渗流所雨淋、水渗流所产生的不利影响产生的不利影响 为增加抽提效果，可设置空气注入井，为增

25、加抽提效果，可设置空气注入井，直接插入到空气难以通过的污染区域直接插入到空气难以通过的污染区域 在使用真空泵抽吸时，为减少地下水在使用真空泵抽吸时，为减少地下水上升所造成的影响，需将抽提井的底上升所造成的影响，需将抽提井的底部封住部封住 应用抽提技术考虑要点：应用抽提技术考虑要点： 污染物的成分、类型、时间、浓度、污染物的成分、类型、时间、浓度、阶段以及分布等；阶段以及分布等； 区域特征：地质条件、土壤湿度、地区域特征：地质条件、土壤湿度、地表特征、地下水深度以及污染的水平表特征、地下水深度以及污染的水平和垂直范围等。和垂直范围等。抽提技术适用于渗透性和均一性比较好的地层抽提技术适用于渗透性和

26、均一性比较好的地层 技术应用前对受污染地区调查：技术应用前对受污染地区调查：地质和水力特征；地质和水力特征；污染物分布区域；污染物分布区域；土壤空气成分；土壤空气成分；地下水变化；地下水变化；气压变化特征；气压变化特征；地下水浓度等。地下水浓度等。多数地质断面性质需要通过钻井取样和检测多数地质断面性质需要通过钻井取样和检测3 3、现场中试实验、现场中试实验测定土壤空气渗透率、蒸气抽提范围半径、测定土壤空气渗透率、蒸气抽提范围半径、吹提出来的空气的浓度和成分，所需空吹提出来的空气的浓度和成分，所需空气流量、真空水平、真空泵功率、估计气流量、真空水平、真空泵功率、估计修复时间和成本造价等。修复时间

27、和成本造价等。实验：蒸气抽提实验井、真空抽提泵、至实验：蒸气抽提实验井、真空抽提泵、至少三个观察点、蒸气后净化处理系统、少三个观察点、蒸气后净化处理系统、流量计、真空表、取样点、取样装置、流量计、真空表、取样点、取样装置、分析仪器等。分析仪器等。4 4、设计目的、设计目的系统各部分的规格系统各部分的规格: :真空泵或鼓风机、抽提真空泵或鼓风机、抽提井个数和位置、井的构造包括深度和网格间井个数和位置、井的构造包括深度和网格间隙、抽提物后处理单元、空气隙、抽提物后处理单元、空气/ /水分离器、水分离器、管道管件，以及检测和控制仪表等；管道管件，以及检测和控制仪表等；选择合适的操作条件选择合适的操作

28、条件: :抽提所需真空水平、抽提所需真空水平、空气流量、抽提半径、污染物蒸气浓度等空气流量、抽提半径、污染物蒸气浓度等估算修复程度和效率、所需时间、残余污染估算修复程度和效率、所需时间、残余污染物浓度等；物浓度等；工程投资或成本等。工程投资或成本等。5 5、抽提蒸气后处理技术、抽提蒸气后处理技术 热解氧化（焚烧）技术：燃烧温度一般为热解氧化（焚烧）技术：燃烧温度一般为650-900650-900，停留时间为，停留时间为0.5-1s0.5-1s催化氧化技术：温度一般为催化氧化技术：温度一般为250-350250-350，适，适于低浓度于低浓度VOCVOC空气处理，典型的催化剂有钯、空气处理，典型

29、的催化剂有钯、铂，催化剂的寿命一般为铂，催化剂的寿命一般为2-52-5年。年。吸附技术：活性炭、硅胶、活性铝、专用树吸附技术：活性炭、硅胶、活性铝、专用树脂等吸附。脂等吸附。浓缩：在较低温度下将空气的有机蒸气凝结下浓缩：在较低温度下将空气的有机蒸气凝结下来。冷却剂有冰水、溴溶液、来。冷却剂有冰水、溴溶液、CFCsCFCs或低温流体或低温流体( (液氮或二氧化碳液氮或二氧化碳) )等。凝结下来的有机物可回等。凝结下来的有机物可回收利用或另行处置。收利用或另行处置。生物过滤：以填料（土壤颗粒、泥炭、颗粒活生物过滤：以填料（土壤颗粒、泥炭、颗粒活性炭、聚乙烯塑料等）为载体，形成固定床，性炭、聚乙烯塑

30、料等）为载体，形成固定床，培养微生物膜。使气流中的培养微生物膜。使气流中的VOCSVOCS得到降解。得到降解。膜分离技术：半渗透膜有机物分子能透过，空膜分离技术：半渗透膜有机物分子能透过，空气分子不能透过。可直接从气流中分离有机物气分子不能透过。可直接从气流中分离有机物如氯化烃和如氯化烃和CFCsCFCs等。等。四、空气吹脱技术四、空气吹脱技术1 1、技术原理、技术原理 一定压力条件下，将压缩空气注入一定压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物，吸附在土壤颗粒表面上发性化合物，吸附在土壤颗粒表面上的化合物，以及阻塞在土壤空隙中的的化合

31、物，以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来。化合物驱赶出来。过程：过程：现场空气吹脱；现场空气吹脱；挥发性有机物的挥发；挥发性有机物的挥发；有机物的好氧生物降解。有机物的好氧生物降解。 吹脱和挥发作用较快，而生物降解较慢，吹脱和挥发作用较快，而生物降解较慢，要较长的时间内才显效果。要较长的时间内才显效果。空气吹脱与抽提技术相组合，比单独一种技术空气吹脱与抽提技术相组合，比单独一种技术效果更好效果更好 地层土壤地层土壤均一性均一性影响大：比较密实的土影响大：比较密实的土层会阻断空气通道，导致空气积累；高层会阻断空气通道，导致空气积累；高度松散的土壤也会导致空气短流，吹脱度松散的土壤也会导致空气短流

32、，吹脱不能均匀进行。不能均匀进行。 实际中，空气注入到土壤地下水中后，实际中，空气注入到土壤地下水中后，根据不同的地层结构，或者以气泡或者根据不同的地层结构，或者以气泡或者以气流的形式扩散。相应地，地下水从以气流的形式扩散。相应地，地下水从垂直方向和水平方向向周围迁移。垂直方向和水平方向向周围迁移。2 2、现场中试实验、现场中试实验 “ “经验经验”性技术。最好将吹脱与抽提性技术。最好将吹脱与抽提技术同时实验。技术同时实验。注入空气的流量；注入空气的流量；溶解氧水平；溶解氧水平；井水水位的变化；井水水位的变化；空气注入压力和土壤中气体的压力的变空气注入压力和土壤中气体的压力的变化，井壁附近压力

33、变化；化，井壁附近压力变化；土壤气体中污染物的浓度和吹脱效率，土壤气体中污染物的浓度和吹脱效率，尤其应避免可能达到爆炸或者燃烧水平尤其应避免可能达到爆炸或者燃烧水平的高浓度；的高浓度；了解实验流量和压力对吹脱气体影响半了解实验流量和压力对吹脱气体影响半径的影响，也可以检测示踪气体的变化。径的影响，也可以检测示踪气体的变化。3 3、设计原理、设计原理1 1）空气注入井布置：应该包围整个污染）空气注入井布置：应该包围整个污染物区域，或者在其扩散流动方向进行阻物区域，或者在其扩散流动方向进行阻截。截。每一个注入井的半径范围需要通过现场每一个注入井的半径范围需要通过现场实验确定。可设立实验井，在其周围

34、辐实验确定。可设立实验井，在其周围辐射方向设立观察井，并射方向设立观察井，并测量有关参数测量有关参数地下水位变化；地下水位变化；溶解氧和氧化还原电位变化；溶解氧和氧化还原电位变化；地层中空气压力；地层中空气压力；地下顶空压力。即在地下观测位置形成顶空，地下顶空压力。即在地下观测位置形成顶空，其平衡压力代表周围静态压力，这是一个最简其平衡压力代表周围静态压力，这是一个最简单和可靠的参数万法；单和可靠的参数万法；可采用示踪气体（氦气或者六氟化硫）。其中可采用示踪气体（氦气或者六氟化硫）。其中六氟化硫与氧气的溶解度类似，更好地揭示氧六氟化硫与氧气的溶解度类似，更好地揭示氧气的迁移扩散情况；气的迁移扩

35、散情况；地层电阻的变化；地层电阻的变化；监测实验区域污染物浓度变化情况。监测实验区域污染物浓度变化情况。2)2)空气注入的深度：注入井应比污染物所处最空气注入的深度：注入井应比污染物所处最深处再深深处再深3030一一60 cm60 cm，实际深度一般不超过地，实际深度一般不超过地下水水位以下下水水位以下9 9一一16m16m的深度。深度影响空气的深度。深度影响空气注入所需压力和流量。注入所需压力和流量。 3)3)空气注入所需要的压力和流量：须克服注入空气注入所需要的压力和流量：须克服注入点地下水的静态压力和土壤毛细管的压力才点地下水的静态压力和土壤毛细管的压力才能形成气流通道。能形成气流通道。

36、不是压力越高，空气流量越广泛，吹脱效果越不是压力越高，空气流量越广泛，吹脱效果越好。好。过高压力易导致短路。需要逐渐提高压力，循过高压力易导致短路。需要逐渐提高压力，循序渐进序渐进 注入空气的流量范围一般在注入空气的流量范围一般在28-425m28-425m3 3minmin。4)4)注入方式：注入方式：连续注入方式运行较稳定；连续注入方式运行较稳定；间歇注入方式地下水位升降较明显，可间歇注入方式地下水位升降较明显，可强化传质效果，提高空气吹脱的效果。强化传质效果，提高空气吹脱的效果。间歇脉冲式可能导致井周围的土壤筛选间歇脉冲式可能导致井周围的土壤筛选分层现象产生，使较细的土壤沉积在下分层现象

37、产生，使较细的土壤沉积在下层，导致阻塞现象。层，导致阻塞现象。 5)5)注入井的构造：与深度有关。深层吹脱注入井的构造：与深度有关。深层吹脱井的构造复杂。井的构造复杂。空气注入井也可采聚氯乙烯管材；空气注入井也可采聚氯乙烯管材；注入井直径一般为注入井直径一般为0.3-1.2m0.3-1.2m。吹脱效果与井的直径关系不大，因此井的吹脱效果与井的直径关系不大，因此井的直径以直径以0.3-0.6m0.3-0.6m比较经济。比较经济。深度较大时，小口径井所需压力较高。深度较大时，小口径井所需压力较高。6)6)污染物类型和分布的影响污染物类型和分布的影响: :视具体情况和工程要求进行优化视具体情况和工程

38、要求进行优化有机物吹脱与生物降解对过程的操作参有机物吹脱与生物降解对过程的操作参数要求不同，同时优化两个不同类型数要求不同，同时优化两个不同类型的过程几乎不可能。的过程几乎不可能。7)7)吹脱技术设备选择吹脱技术设备选择 空气压缩机或者鼓风机：根据中试结果，压空气压缩机或者鼓风机：根据中试结果，压力小，选鼓风机，压力高选空气压缩机；力小，选鼓风机，压力高选空气压缩机；真空抽气机；真空抽气机；管道及连接件；管道及连接件；空气过滤器；空气过滤器；压力测量和控制仪表；压力测量和控制仪表；流量计；流量计；空气干燥设备。空气干燥设备。 8)8)空气吹脱技术的效率：空气吹脱技术的效率：比传统的抽取地下水进

39、行地上处理的技术效率比传统的抽取地下水进行地上处理的技术效率更高。经过改进例如结合生物处理过程，能更高。经过改进例如结合生物处理过程，能够进一步提高技木的效率。够进一步提高技木的效率。限制因素：限制因素：渗透率低于渗透率低于1010-3-3cmcmS S时，空气扩散非常困难；时，空气扩散非常困难；非挥发性的污染物，不仅不能有效去除还可能非挥发性的污染物，不仅不能有效去除还可能将污染物驱赶向其他区域，使污染区域扩大将污染物驱赶向其他区域，使污染区域扩大空气吹脱技术改进：空气吹脱技术改进：利用地下水平方向的施工技术提高空气吹脱和利用地下水平方向的施工技术提高空气吹脱和蒸气回收的效率；蒸气回收的效率

40、；单井同时进行吹脱和抽吸；单井同时进行吹脱和抽吸；生物吹脱或称生物曝气：通过鼓气方法，提高生物吹脱或称生物曝气：通过鼓气方法，提高地下水中的地下水中的DO水平，可提高微生物的活性。水平，可提高微生物的活性。该技术在去除挥发性污染物，同时，能借生物该技术在去除挥发性污染物，同时，能借生物过程去除非挥发性的有机物。过程去除非挥发性的有机物。利用吹脱方法可很快地去除利用吹脱方法可很快地去除土壤中挥发性较强的有机污土壤中挥发性较强的有机污染物，生物降解较缓慢，去染物，生物降解较缓慢，去除的主要是挥发性较差的有除的主要是挥发性较差的有机污染物。机污染物。五、生物修复技术五、生物修复技术 1 1、技术原理

41、：利用微生物降解土壤地下水中、技术原理：利用微生物降解土壤地下水中污染物，将其最终转化为无机物质的技术。污染物，将其最终转化为无机物质的技术。地面生物处理（异位）：将受污染的土壤挖出，地面生物处理（异位）：将受污染的土壤挖出，在地面的处理设施内进行生物处理（地面堆在地面的处理设施内进行生物处理（地面堆肥和泥浆生物反应器等）。肥和泥浆生物反应器等）。原位生物修复：在基本不破坏土壤和地下水自原位生物修复：在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下，将受污染的土壤和地下水然环境的条件下，将受污染的土壤和地下水原位进行修复。又分为原位工程生物修复和原位进行修复。又分为原位工程生物修复和原位自然生物修复。

42、原位自然生物修复。 原位工程生物修复：原位工程生物修复：采取工程措施，有目的地操作土壤和地下水中采取工程措施，有目的地操作土壤和地下水中的生物过程，加快环境修复。的生物过程，加快环境修复。方法方法1 1：提供微生物生长所需要的营养，改善微：提供微生物生长所需要的营养，改善微生物生长的环境条件，大幅提高野生微生物生物生长的环境条件，大幅提高野生微生物的数量和活性，提高其降解污染物的能力，的数量和活性，提高其降解污染物的能力，称为生物强化修复；称为生物强化修复；方法方法2 2：投加实验室培养的对污染物具有特殊亲：投加实验室培养的对污染物具有特殊亲和性的微生物，使其能够降解土壤和地下水和性的微生物，

43、使其能够降解土壤和地下水中的污染物，称为生物接种修复。中的污染物，称为生物接种修复。 原位自然生物修复：原位自然生物修复：利用土壤和地下水原有的微生物，在自然利用土壤和地下水原有的微生物，在自然条件下对污染区域进行自然修复。条件下对污染区域进行自然修复。需要制定详细的计划方案，鉴定现场活性需要制定详细的计划方案，鉴定现场活性微生物，监测污染物降解速率和污染带微生物，监测污染物降解速率和污染带的迁移等。的迁移等。 生物修复的主体：生物修复的主体：适应了土壤和地下水环境的野生菌种或者适应了土壤和地下水环境的野生菌种或者投加的菌种（好氧、厌氧、兼氧和自氧投加的菌种（好氧、厌氧、兼氧和自氧微生物）。微

44、生物）。微生物利用污染物质作为基质生长繁殖。微生物利用污染物质作为基质生长繁殖。同时，也需要适当的环境条件同时，也需要适当的环境条件; ;土壤结构对生物修复技术应用的可行性和土壤结构对生物修复技术应用的可行性和效率的影响是最大的效率的影响是最大的; ;土壤层水力传导系数在土壤层水力传导系数在1010-4-4cm/scm/s以上较适以上较适合采用生物修复技术合采用生物修复技术; ; 2 2、各种生物修复过程工艺、各种生物修复过程工艺不同类型的受污染土壤和地下水，应采用不同类型的受污染土壤和地下水，应采用不同类型的生物修复技术形式。不同类型的生物修复技术形式。包气带，一般采用生物曝气。通过钻井，包

45、气带，一般采用生物曝气。通过钻井，鼓入空气，输送氧气，通过地面渗透输鼓入空气，输送氧气，通过地面渗透输送微生物所需营养；送微生物所需营养；共降解情况下，可在注入空气的同时注入共降解情况下，可在注入空气的同时注入甲烷作为第一基质，促进共降解过程。甲烷作为第一基质，促进共降解过程。受污染的地下水：受污染的地下水： 向地下水层钻井注入空气，提供氧气，向地下水层钻井注入空气，提供氧气，同时利用回收井，抽取地下水，进行同时利用回收井，抽取地下水，进行循环；循环； 通过渗透，提供微生物需要的各种营通过渗透，提供微生物需要的各种营养。养。受污染的地下水另外一种工艺：利用曝气外和抽提井受污染的地下水另外一种工

46、艺：利用曝气外和抽提井组合，在注入空气的同时，在另一侧，抽提蒸气和空组合，在注入空气的同时，在另一侧，抽提蒸气和空气，加快循环气，加快循环 饱和带或者地下水：生物曝气也是类似于空气吹脱，但压力保持饱和带或者地下水：生物曝气也是类似于空气吹脱，但压力保持尽量低，避免污染物从地下水中挥发，从而迁移至包气带，导致尽量低，避免污染物从地下水中挥发，从而迁移至包气带，导致污染的转移。或者，采用曝气与抽提相结合的工艺。污染的转移。或者，采用曝气与抽提相结合的工艺。生物修复技术也可只在特定的活性区域实施，作为阻截手段生物修复技术也可只在特定的活性区域实施，作为阻截手段 3 3、技术可行性研究、技术可行性研究

47、现场实验前，需进行实验室小型研究，测现场实验前，需进行实验室小型研究，测定污染物的生物可降解性等，建立一些定污染物的生物可降解性等，建立一些基本的数据库系统。在现场中试。基本的数据库系统。在现场中试。 现场研究取样点应包括修复实验区域以现场研究取样点应包括修复实验区域以内；内； 周围包括上游、下游和中间等；周围包括上游、下游和中间等； 外围取样点作为背景和对照。外围取样点作为背景和对照。需要检测的参数内容：需要检测的参数内容：(1)(1)污染物的种类、浓度和具体分布特征。污染物的种类、浓度和具体分布特征。(2)(2)微生物种类、数量和活性。微生物种类、数量和活性。(3)(3)土壤结构特性、有机

48、质比例、水力学特性、土壤结构特性、有机质比例、水力学特性、地下水位深度，以及温度和地下水位深度，以及温度和pHpH等。等。(4)(4)营养供应比例、浓度和方式，一般采用氮磷营养供应比例、浓度和方式，一般采用氮磷化肥作为营养材料。化肥作为营养材料。(5)(5)各种电子受体的浓度和分布，如各种电子受体的浓度和分布，如DODO分布、氧分布、氧化还原电位、二氧化碳等，以曝气或水溶液，化还原电位、二氧化碳等，以曝气或水溶液，水井注入或者渗流。水井注入或者渗流。(6)(6)生物代谢过程产物浓度的变化。生物代谢过程产物浓度的变化。4 4、设计原理、设计原理主要内容是将电子受体、微生物营养和主要内容是将电子受

49、体、微生物营养和活性微生物本身有效地输送至受污染活性微生物本身有效地输送至受污染的目标区域。的目标区域。 1 1）对已知的材料包括现场地质和水力）对已知的材料包括现场地质和水力数据，污染评价报告，现场可行性研数据，污染评价报告，现场可行性研究结果和修复的要求进行仔细分析，究结果和修复的要求进行仔细分析，确定修复工程需要达到的具体目标。确定修复工程需要达到的具体目标。 2 2）根据修复工程要求选择合适的生物修）根据修复工程要求选择合适的生物修复工艺过程复工艺过程 3 3）选择相应的工艺参数）选择相应的工艺参数 主要设计步骤：主要设计步骤：确定是否需要向生物修复区域输送微生确定是否需要向生物修复区

50、域输送微生物营养；物营养；预测生物修复过程中可能出现的化学和预测生物修复过程中可能出现的化学和微生物学方面的变化，设计对应的措施；微生物学方面的变化，设计对应的措施；设计输送系统；设计输送系统；执行长期监测计划。执行长期监测计划。5 5、典型原位生物修复系统、典型原位生物修复系统地下水回收井地下水回收井地面处理单元地面处理单元营养添加单元营养添加单元电子受体添加单元电子受体添加单元再注入地下受污染区域再注入地下受污染区域 提高生物修复效率的常用措施：提高生物修复效率的常用措施：1 1）以纯氧代替空气或过氧化氢，提高）以纯氧代替空气或过氧化氢，提高DODO浓度。浓度。2 2）用硝酸盐代替氧和过氧

51、化氢作为电子受体。）用硝酸盐代替氧和过氧化氢作为电子受体。使脱氮微生物活性提高；使脱氮微生物活性提高；3 3）注入甲烷，提高甲烷细菌的活性，诱导产生）注入甲烷，提高甲烷细菌的活性，诱导产生甲烷单氧酶，提高一些难降解物质例如三氯甲烷单氧酶，提高一些难降解物质例如三氯乙烯的降解速率。乙烯的降解速率。4 4）采用厌氧和好氧和共代谢组合的方法，比单）采用厌氧和好氧和共代谢组合的方法，比单独一种方法效果好。独一种方法效果好。 实验室培养或现场分离的微生物，经强化驯养，实验室培养或现场分离的微生物，经强化驯养，投加进入地下水和土壤中，对特定的污染物进投加进入地下水和土壤中，对特定的污染物进行生物降解。行生

52、物降解。 设计中需注意的问题：设计中需注意的问题：最佳氧化还原条件的创造和维护，最佳地质条最佳氧化还原条件的创造和维护，最佳地质条件（件（pHpH、溶解氧和温度等）；、溶解氧和温度等）；有效投加方式；有效投加方式；微生物和营养物质等在水平和垂直方向的传递微生物和营养物质等在水平和垂直方向的传递和分布。和分布。总之，投加、传质和混合是原位生总之，投加、传质和混合是原位生物修复技术成功的最关键的环节物修复技术成功的最关键的环节! !6 6、自然生物修复、自然生物修复 利用土壤和地下水中自然野生微生物降解污染利用土壤和地下水中自然野生微生物降解污染物（自然环境的自我修复过程，过程复杂）物（自然环境的

53、自我修复过程，过程复杂）包括生物降解、化学氧化过程、水解、扩散、包括生物降解、化学氧化过程、水解、扩散、稀释、吸附和挥发等；稀释、吸附和挥发等；自然生物降解仅指可生物降解污染物质的消失自然生物降解仅指可生物降解污染物质的消失过程。过程。 在实施中需要画定一条零号线。在零号线上生物在实施中需要画定一条零号线。在零号线上生物降解的速率等于污染物流动扩散的速率。随着生物修降解的速率等于污染物流动扩散的速率。随着生物修复的不断进行，零号线将逐渐收缩。复的不断进行，零号线将逐渐收缩。 零号线的迁移是评定自然生物修复进程的参考标志零号线的迁移是评定自然生物修复进程的参考标志好处：降低受污染区域修复的费用。

54、但非不采取好处：降低受污染区域修复的费用。但非不采取任何措施。任何措施。从外围到核心顺次有不同类型的反应：从外围到核心顺次有不同类型的反应： 好氧生物反应好氧生物反应 以硝酸盐为主的兼氧生物反应和厌氧微生物以硝酸盐为主的兼氧生物反应和厌氧微生物反应反应 利用二价铁离子作为电子受体的微生物反应利用二价铁离子作为电子受体的微生物反应 氧化还原电位降低硫酸盐开始被作为电子氧化还原电位降低硫酸盐开始被作为电子受体得到利用；受体得到利用； 在污染区域核心，产甲烷细菌较活跃。在污染区域核心，产甲烷细菌较活跃。评价自然生物修复需要进行以下系列的调查：评价自然生物修复需要进行以下系列的调查：(1)(1)检测现

55、场污染物的消失速率，需要建立有关检测现场污染物的消失速率，需要建立有关受污染区域的特征和污染物状况的数据库，受污染区域的特征和污染物状况的数据库，污染物的位置和来源，溶解性污染物的位置污染物的位置和来源，溶解性污染物的位置和浓度等，土壤分布的地理特征、水力参数和浓度等，土壤分布的地理特征、水力参数例如水力学渗流系数和水力梯度，以及地下例如水力学渗流系数和水力梯度，以及地下水的生物数据。水的生物数据。(2)(2)调查能够代表生物反应的特征指标的变化调查能够代表生物反应的特征指标的变化趋势。趋势。DODO、氧化还原电位、氧化还原电位、pHpH、温度、电、温度、电导率、碱度、硝酸盐、硫酸盐、硫化物、

56、导率、碱度、硝酸盐、硫酸盐、硫化物、亚铁离子、二氧化碳、甲烷等，以及污染亚铁离子、二氧化碳、甲烷等，以及污染物本身浓度。检测污染物以及代谢副产物物本身浓度。检测污染物以及代谢副产物在垂直和水平方向的分布特征对于评价修在垂直和水平方向的分布特征对于评价修复进程非常重要。复进程非常重要。(3)(3)实验室确定微生物的活性。实验室确定微生物的活性。六、植物修复技术六、植物修复技术利用植物对受污利用植物对受污染的土壤和地下染的土壤和地下水进行修复。水进行修复。修复对象可是无修复对象可是无机物或有机物，机物或有机物，主要过程在植物主要过程在植物根部周围进行。根部周围进行。 对无机污染物（重金属离子）：植

57、物稳定对无机污染物（重金属离子）：植物稳定和植物提取。和植物提取。 有机污染物有机污染物 直接吸收，然后积累在植物体内。直接吸收，然后积累在植物体内。 根部共生微生物降解，这种微生物具有根部共生微生物降解，这种微生物具有比较高的活性，能够比较高速地降解有机比较高的活性，能够比较高速地降解有机污染物。污染物。 植物从理途径：植物从理途径： 优点：投资和运行费用少优点：投资和运行费用少; 植物根部能够渗透至一般技术难以植物根部能够渗透至一般技术难以达到的位置达到的位置; 污染物泄露少污染物泄露少; 土壤得到改良。土壤得到改良。 缺点：处于植物根部深层的污染物得不到缺点：处于植物根部深层的污染物得不

58、到去除去除; 污染物的毒性可能影响植物生长，过污染物的毒性可能影响植物生长，过程比较缓慢。程比较缓慢。七、污染带阻截墙技术七、污染带阻截墙技术在污染物区域下游设置的具有渗透性的障碍在污染物区域下游设置的具有渗透性的障碍墙。污染物在此被截留下来并得到处理或墙。污染物在此被截留下来并得到处理或者处置，地下水得到净化，至少能够降低者处置，地下水得到净化，至少能够降低下游受污染的程度。下游受污染的程度。设计主要内容包括：设计主要内容包括： 墙的总长度和需要的通道的数量，墙的总长度和需要的通道的数量， 污染物通过通道的时间，污染物通过通道的时间， 通道积泥堵塞的程度，通道积泥堵塞的程度， 地下水水位变化

59、的影响地下水水位变化的影响 安装施工容易程度安装施工容易程度 寿命和维护工作等。寿命和维护工作等。最简单的阻截墙是最简单的阻截墙是在垂直于流动方向在垂直于流动方向建设跨越整个污染建设跨越整个污染区域的渗透性阻截区域的渗透性阻截墙。墙。方法是挖掘深沟，方法是挖掘深沟，然后填充渗透性的然后填充渗透性的活性材料。活性材料。为了缩小处理的范围或者为了集中处理，也可以采用为了缩小处理的范围或者为了集中处理，也可以采用密实的非渗透性的阻截墙和渗透性的活性通道。根据密实的非渗透性的阻截墙和渗透性的活性通道。根据需要，也可以设置多个通道。这样，污染物可以被集需要，也可以设置多个通道。这样，污染物可以被集中起来

60、，所需要的处理系统的成本可以降低。中起来，所需要的处理系统的成本可以降低。 针对不同类型的污染物，阻截墙内部可以针对不同类型的污染物，阻截墙内部可以结合物理、化学或者生物处理方面的各种结合物理、化学或者生物处理方面的各种技术，例如吹脱、抽提、好氧降解、吸附、技术，例如吹脱、抽提、好氧降解、吸附、化学氧化、金属还原例如铁屑还原和沉淀化学氧化、金属还原例如铁屑还原和沉淀等。等。活性阻截墙技术相当于将泵活性阻截墙技术相当于将泵抽抽+ +处理系统的反应处理部处理系统的反应处理部分直接插入了地下，因地下分直接插入了地下，因地下水流动缓慢，污染物在活性水流动缓慢，污染物在活性墙中的停留时间较长，可达墙中的