地下水污染的控制與修復.ppt

地下水污染控制與修復 趙勇勝吉林大學環(huán)境與資源學院2007年5月 一 地下水污染的預防地下水污染的預警系統(tǒng)地下水污染的防治規(guī)劃二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理國際上地下水污染場地的管理地下水污染場地管理法規(guī)的建立三 地下水污染的控制與修復技術(shù)異位處理技術(shù)原位修復技術(shù)地下水污染修復技術(shù)效果分析地下水污染修復的終點四 地下水污染控制與修復的基本原則五 地下水污染調(diào)查的幾點思考六 結(jié)語 內(nèi)容 根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗 地下水一旦遭受污染 它的治理和恢復是非常困難的 治理費用巨大 所需的時間很長 如美國的超級基金 Superfund 項目是世界上規(guī)模最大 投資最多的環(huán)境污染修復計劃 在20世紀的最后近20年里 美國在土壤和含水層污染治理方面的費用達到7500億美元 僅清理油滲漏造成的土壤和地下水的污染費用就達1600億美元 所以地下水污染應以預防和控制為主 一 地下水污染的預防 地下水污染的預警系統(tǒng)地下水污染預警是指當自然力或人類活動作用于地下水環(huán)境時 對地下水及其環(huán)境發(fā)生的影響變化進行監(jiān)測 分析 評價 預測 并確定其變化趨勢及速度的動態(tài)過程后 適時給出相應級別的警戒信息 達到地下水污染預防的目的 根據(jù)預警理論 利用隨機 非確定性模型對地下水水質(zhì)進行預警 建立計算機軟件系統(tǒng) 為合理利用和管理地下水資源提供依據(jù) 通過開發(fā)地下水的預警系統(tǒng)軟件 使地下水監(jiān)測資料的分析具有實時性 動態(tài)性的特點 同時也加強了地下水監(jiān)測為國民經(jīng)濟的服務 此外還可以利用這一系統(tǒng)進行反饋分析 為地下水資源的保護和開發(fā)利用提供決策支持 一 地下水污染的預防 一 地下水污染的預防 地下水污染的防治規(guī)劃優(yōu)先保護地下水飲用水源地 保護地下水現(xiàn)狀使用功能 地下水系統(tǒng)保護完整性 地下水和地表水統(tǒng)籌兼顧 評價地下水現(xiàn)實和潛在 或規(guī)劃用途 利用價值 各種利用功能地下水空間分布 制定國家地下水污染防治區(qū)劃方案 確定重點流域 重點地區(qū)開展地下水污染防治區(qū)劃 確定地下水污染防治的分帶 確定不同分帶的污染防治等級 劃分地下水污染防治的敏感帶 緩沖帶和一般帶 并根據(jù)不同帶提出相應的污染預防和控制措施 一 地下水污染的預防 國際上地下水污染場地的管理發(fā)達國家對地下水污染的監(jiān)測 控制和管理非常嚴格 已經(jīng)形成了系統(tǒng)的法律法規(guī)來約束污染排放者的行為 從地下水污染的監(jiān)測 到污染的控制和修復都有具體的要求和標準 基于風險評價的污染場地控制和修復 對地下水污染場地進行人體健康或生態(tài)風險評價 根據(jù)風險評價的結(jié)果 最終確定地下水污染場地是否需要進行修復 采用何種技術(shù)進行修復等 制定 地下水污染管制標準 地下水污染整治基準 等法規(guī) 以法律的形式來規(guī)范地下水污染場地的管理工作 二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理 一些國家和地區(qū)地下水污染場地的管理制定土壤及地下水污染整治法 對地下水污染場地實行較為嚴格的管理 二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理 臺灣地區(qū)地下水污染場地的管理地下水污染管制標準重金屬8項 砷 鎘 鉻 銅 鉛 汞 鎳 鋅單環(huán)芳香族碳氫化合物2項 苯 甲苯多環(huán)芳香族碳氫化合物1項 奈氯化碳氫化合物14項 四氯化碳 氯苯 氯仿 氯甲烷 1 4 二氯苯 1 1 二氯乙烷 1 2 二氯乙烷 1 1 二氯乙烯 順 1 2 二氯乙烯 反 1 2 二氯乙烯 總酚 四氯乙烯 三氯乙烯 氯乙烯農(nóng)藥8項 2 4 地 加保扶 可氯丹 大利松 達馬松 巴拉刈 巴拉松 毒殺芬一般項目2項 硝酸鹽氮 以氮計 亞硝酸鹽氮 以氮計 二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理 我國地下水污染場地管理法規(guī)的建立我國目前已經(jīng)開展了地下水污染的大調(diào)查 污染調(diào)查為地下水污染的控制和治理 地下水污染場地的監(jiān)測和管理提供了基礎(chǔ)依據(jù) 根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗 今后我國必然面臨地下水污染場地的控制和修復問題 所以 需要我們及早開展相關(guān)的研究工作 探討符合中國實際情況的地下水污染場地控制和修復的方法和技術(shù) 特別是首先要研究確定地下水污染場地控制 管理的法律法規(guī) 需要確定采用基于風險評價的污染場地管理還是基于制定一系列的控制標準來進行管理 有了地下水污染場地管理的法規(guī) 才能夠保證這項工作的后續(xù)開展 包括地下水污染控制和修復技術(shù)的確定等 二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理 地下水污染場地的控制技術(shù)屏障法恢復收集法水動力場綜合方法 水力屏障法示意圖 恢復收集法示意圖 地下水污染場地的修復技術(shù)異位修復技術(shù)污染土體開挖抽取 處理原位修復技術(shù)污染土壤氣體提取法井中汽提方法空氣攪動法原位沖洗處理墻 反應帶方法原位微生物處理自然衰減方法植物處理方法 1 異位處理技術(shù)污染土體開挖方法對于污染范圍較小的情形 可以采用開挖污染源處的污染土體 然后進行處理的方法來去除污染源 這一方法對于地下水污染的控制和治理效果很好 但對于污染面積較大的場地 污染土體的開挖去除往往不現(xiàn)實 難以進行 抽取 處理方法先抽取已污染的地下水 然后在地表進行處理的方法 通過不斷的抽取污染地下水 使污染暈的范圍和污染程度逐漸減小 并使含水層介質(zhì)中的污染質(zhì)通過向水中轉(zhuǎn)化而得到清除 目前 抽取 處理方法被應用于地下環(huán)境中易溶污染質(zhì)的恢復和治理 有時需要注入表面活性劑來增強吸附在地層介質(zhì)顆粒上的有機污染物的溶解性能 從而加快抽取 處理的速度 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 抽水前地下水流場圖 2006 3 8 抽水后地下水流場圖 2006 4 2 抽水井硝基苯濃度變化 2 5 抽水井苯濃度變化 2 5 抽水井苯胺濃度變化 2 5 2 原位處理技術(shù)污染土壤氣體提取法污染土壤氣體提取法 SVE 是對土壤揮發(fā)性有機污染進行原地恢復 處理的一種新的方法 它用來處理包氣帶中巖石介質(zhì)的污染問題 使包氣帶土 或土 水 中的污染質(zhì)進入氣相 進而排出 微生物排氣法 Bioventing 也是SVE的一種方法 它是在包氣帶中注入和抽取空氣以增加地下氧氣濃度 加速非飽和帶微生物的降解 本方法可應用于所有可降解的污染物 但實際常應用于石油碳氫化合物污染的治理 而且已經(jīng)有成功的實例 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 原位處理技術(shù)井中汽提方法使地下水在井中進行循環(huán) 揮發(fā)性有機物VOCs汽化 污染氣體可以抽取在地表處理或進入包氣帶用微生物降解 2 原位處理技術(shù)空氣攪動法空氣攪動方法包括 在含水層中注入氣體 通常為空氣或氧氣 使地下水中污染物汽化 同時用增加地下氧氣濃度的方法加速飽和帶 非飽和帶中的微生物降解作用 汽化后的污染物進入包氣帶 可用SVE系統(tǒng)進行處理 有時這種方法也稱為微生物攪動 biosparging 用來強調(diào)微生物過程或表明微生物處理為主 揮發(fā)為輔的過程 空氣攪動方法可以用來處理土壤 地下水中大量的揮發(fā)性 半揮發(fā)性污染物 如汽油 與BTEX成份有關(guān)的其它燃料 以及氯化溶劑 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 2 原位處理技術(shù)原位沖洗把液體注入或滲入土壤 地下水污染帶 在下游抽取地下水和沖洗混合液 然后再注入地下或進行地上處理 沖洗液可是水 表面活性劑 潛溶劑或其它物質(zhì) 這種方法由于加強了對空隙的沖洗效果和作用 從而可以增大傳統(tǒng)抽取 處理方法的處理效果 該方法的應用的成功與具體場地的情況密切相關(guān) 雖然該處理方法不受污染深度和位置的限制 但需要事先進行大量的資料收集和可行性研究 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 2 原位處理技術(shù)處理墻 反應帶方法在污染源的下游開挖溝槽 然后充填反應介質(zhì) 與流經(jīng)的污染地下水進行反應 使污染物得到處理 用于反應的充填介質(zhì)可以包括零價鐵 微生物 活性碳 泥炭 蒙脫石 石灰 鋸屑或其它物質(zhì) 在處理墻中污染物的反應包括降解 吸附和沉淀等 有時 為了使污染了的地下水能夠充分與處理墻的介質(zhì)發(fā)生作用 往往采用 狹道和閘門 funnelandgate 方法 Suthersan等 2002 采用地下反應帶的方法來處理污染了的地下水 利用注入井在污染源的下游地帶注入反應介質(zhì) 形成一個 污染物的反應帶 污染物與注入的介質(zhì)發(fā)生物理 化學和生物化學作用而使地下水中的污染物得以阻截 固定或降解 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 2 原位處理技術(shù)原位微生物處理如果微生物的選擇 控制和營養(yǎng)的配比適當?shù)脑?幾乎所有的有機污染質(zhì)都可以被微生物降解 從二十世紀七十年代開始 人們進行污染含水層的微生物原位處理的研究 目前已有許多利用微生物進行原地處理的實例 絕大多數(shù)的微生物原位處理采用的是好氧模式 不排除特殊情況下的厭氧處理方法 地下水中雖然具有氧氣含量 但遠不夠微生物處理的需求 例如氧化1mg的汽油污染質(zhì)在理論上需要2 5mg的氧氣 因此這一處理方法需要把氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)注入地下 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 營養(yǎng)物質(zhì) 空氣等 2 原位處理技術(shù)自然衰減方法當有機污染物泄漏進入土壤或地下水中 會存在一些天然過程來分解和改變這些化學物質(zhì) 這些過程統(tǒng)稱為自然衰減 Naturalattenuation 它包括土壤顆粒的吸附 污染質(zhì)的微生物降解 在地下水中的稀釋和彌散 由于土壤顆粒的吸附 使一些污染物不會遷移到場地以外 微生物降解是污染物分解的重要作用 稀釋和彌散雖不能分解污染物 但可以有效地降低許多場地的污染風險 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 2 原位處理技術(shù)植物處理方法使用植物來凈化污染了的土壤和地下水 其優(yōu)點是利用植物天然能力去吸收 聚積和降解土壤和水環(huán)境中的污染物 研究結(jié)果表明 植物過程處理方法可應用于多種污染物的處理 包括多數(shù)金屬和放射性物質(zhì) 各種有機化合物 如氯化溶劑 BTEX PCBs PAHs 農(nóng)藥 殺蟲劑炸藥 營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑 根據(jù)資料 該方法適用于大面積低到中等表面土層 0 3英尺 污染的治理 以及大量的水體低濃度污染問題 而且處理目標要求也不十分嚴格的情形 有五種植物處理方法 植物根部吸收法 植物吸取法 植物轉(zhuǎn)化法 植物激化或植物輔助下的微生物降解 植物穩(wěn)定方法 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 3 地下水污染修復技術(shù)效果分析當污染物泄漏量較大 在污染初期采用抽取 處理方法非常有效 能夠極大程度地減輕污染 去除污染物 但在地下水污染修復的后期 抽取 處理方法的效果越來越差 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 4 地下水污染修復的終點污染修復的終點 Remediationendpoints 或修復的標準對地下水污染場地的修復非常重要 基于健康風險評價基礎(chǔ)上制定 不同場地可不同 綜合考慮飲用水標準等 制定統(tǒng)一的地下水污染的修復標準如在美國不同的州其地下水污染的修復有不同的法規(guī) 但總體上來說 地下水污染的清除標準 CleanupStandard 是以地下飲用水中化學物質(zhì)的最大污染水平 MCLs 以及非強制性的基于感觀考慮的水質(zhì)標準 SDWR 等現(xiàn)有標準作為依據(jù) 在進行毒理分析 污染風險性評價等基礎(chǔ)上制定的 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 美國馬里蘭州部分污染物的土壤 地下水污染清除標準 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 美國馬里蘭州部分污染物的土壤 地下水污染清除標準 三 地下水污染的控制與修復技術(shù) 1 污染源的去除是關(guān)鍵 污染地下水的控制和治理的關(guān)鍵首先是去除和清理污染源 切斷進入地下含水層中的污染物來源 為后續(xù)的污染治理奠定基礎(chǔ) 2 污染暈的控制是前提 在地下水污染的修復過程中 要防止地下水污染的進一步擴展 使污染面積增大 發(fā)達國家的經(jīng)驗表明 污染地下水的修復是一個漫長的過程 因此 采取科學的方法和技術(shù)控制污染暈的擴展 避免帶來進一步的危害十分重要 是污染治理的前提 3 污染物的去除是最終目標 在去除污染源 污染暈得到控制的情況下 利用綜合的方法和技術(shù)進行污染的修復 在現(xiàn)行條件下 污染場地的修復標準不宜制定的太高 以達到污染范圍控制 逐漸減緩和消除地下水污染為原則 四 地下水污染控制與修復的基本原則 四 地下水污染控制與修復的基本原則 調(diào)查的目的地下水狀況污染調(diào)查地下水污染調(diào)查 地下水質(zhì)量調(diào)查 取樣代表性區(qū)域的差別不同土地利用的差別結(jié)果的分析和利用所有樣品的分析指標都一樣 分析結(jié)果的動態(tài)反饋與調(diào)整調(diào)查中的分析判斷 五 地下水污染調(diào)查的幾點思考 1 我國地下水的污染非常嚴重 存在著大量的污染場