【文章內(nèi)容簡介】 城市垃圾填埋場滲濾液的泄漏、農(nóng)藥化肥的生產(chǎn)及超量施用、生活和工業(yè)有害固體廢棄物的隨降雨入滲，使中國地下水污染的問題日益突出。因此，了解地下水的污染現(xiàn)狀，加強(qiáng)對(duì)地下水污染的防治，開發(fā)相應(yīng)的一些高新技術(shù)來挽救我們?nèi)找鎼夯牡叵滤h(huán)境，是我們當(dāng)前所面臨的一項(xiàng)迫切的任務(wù)。隨著人口的增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)水資源的需求量也大幅度增長。近30年來，我國地下水的開采量以每年25億立方米的速度遞增，全國有400個(gè)城市開采地下水，40%的耕地部分或全部依靠地下水進(jìn)行灌溉，地下水的供給量已經(jīng)占到了全國總供水量的20%，北方缺水地區(qū)占到了52%，在華北和西北城市供水中占到了72%和66%，有些城市基本上是依靠地下水來滿足對(duì)水資源的需求。而在廣大的農(nóng)村，地下水更成為主要的飲用水源。對(duì)地下水資源的過度開發(fā)利用，導(dǎo)致地下水位下降，水源枯竭，有些地區(qū)還形成了嚴(yán)重的地下水漏斗。根據(jù)國土資源部發(fā)布的《我國主要城市和地區(qū)地下水水情通報(bào)(2005)》，2005年在具備系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的171個(gè)地下水漏斗中，漏斗面積擴(kuò)大的就有65個(gè)，占到了統(tǒng)計(jì)數(shù)的38%，面積擴(kuò)大了6 736平方公里，僅河北滄州第Ⅲ承壓含水層面積就擴(kuò)大了2 089平方公里，最大水位埋深達(dá)到101米。由此導(dǎo)致了濕地消失、植被死亡和土地沙漠化等嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)難，以及地面沉降、巖溶塌陷、海水入侵等自然災(zāi)害的頻頻發(fā)生。地表環(huán)境污染加劇引發(fā)地下水污染，構(gòu)成對(duì)人體健康和生命財(cái)產(chǎn)安全的嚴(yán)重威脅。根據(jù)中國地質(zhì)境監(jiān)測院公布的信息，目前，我國地下水污染呈現(xiàn)由點(diǎn)到面、由淺到深、由城市到農(nóng)村的擴(kuò)展趨勢(shì)，污染程度日益嚴(yán)重。全國195個(gè)城市監(jiān)測結(jié)果表明，97%的城市地下水受到不同程度污染，40%的城市地下水污 染趨勢(shì)加重；北方17個(gè)省會(huì)城市中16個(gè)污染趨勢(shì)加重，南方14個(gè)省會(huì)城市中3個(gè)污染趨勢(shì)加重。在一些地區(qū)，地下水污染已經(jīng)造成了嚴(yán)重危害，危及到供水安全。地下水超采與污染互相影響，形成惡性循環(huán)。水污染造成的水質(zhì)性缺水，進(jìn)一步加劇了對(duì)地下水的超采，使地下水漏斗面積不斷擴(kuò)大，地下水水位大幅度下降；地下水位的下降又改變了原有的地下水動(dòng)力條件，引起地面污水向地下水的倒灌，淺層污水不斷向深層流動(dòng)，地下水水污染向更深層發(fā)展，地下水污染的程度不斷加重。日益嚴(yán)峻的地下水環(huán)境問題已經(jīng)成為自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的制約因素。第一章地下水污染源(1)工業(yè)污染源工業(yè)污染源主要指未經(jīng)處理的工業(yè)“三廢”，即廢氣、廢水和廢渣。工業(yè)廢氣如二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物等物質(zhì)會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生嚴(yán)重的一次污染，而這些污染物又會(huì)隨降雨落到地面，隨地表徑流下滲對(duì)地下水造成二次污染，未經(jīng)處理的工業(yè)廢水如電鍍工業(yè)廢水、工業(yè)酸洗污水、冶煉工業(yè)廢水、石油化工有機(jī)廢水等有毒有害廢水直接流入或滲入地下水中，造成地下水污染；工業(yè)廢渣如高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰、硫鐵渣、電石渣、赤泥、洗煤泥、硅鐵渣、選礦場尾礦及污水處理廠的淤泥等，由于露天堆放或地下填埋隔水處理不合格，經(jīng)風(fēng)吹、雨水淋濾，其中的有毒有害物質(zhì)隨降水直接滲入地下水，或隨地表徑流往下游移過程下滲至地下水中，形成地下水污染。(2)農(nóng)業(yè)污染源農(nóng)業(yè)用水占全部用水量的70%以上，污染的影響面廣泛。一是過量施用農(nóng)藥、化肥，殘留在土壤中的農(nóng)藥、化肥隨雨水淋濾滲入地下，引起地下水污染二是由于地表水污染嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)灌溉使用被污染的地表水，造成污水中的有毒有害物質(zhì)侵蝕土壤，并下滲到地下水中，造成污染。(3)生活污染源隨著我國城鎮(zhèn)化步伐的加快，生活垃圾與生活污水量激增，由于無害化處理率低，造成對(duì)陸地生態(tài)環(huán)境和水生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染。我國每年累計(jì)產(chǎn)生垃圾達(dá)720億噸，并以每年占地約3000萬平方米的速度發(fā)展，全國已有200多個(gè)城市陷入垃圾重圍之中。第二章 污染方式、途徑、類型地下水污染主要指人類活動(dòng)引起地下水化學(xué)成分、物理性質(zhì)和生物學(xué)特性發(fā)生改變而使質(zhì)量下降的現(xiàn)象。地表以下底層復(fù)雜，地下水流動(dòng)極其緩慢，因此，地下水污染具有緩慢過程，不易發(fā)現(xiàn)和難以治理的特點(diǎn)。地下水一旦受到污染，即使徹底消除污染源也得十幾年，甚至幾十年才能使水質(zhì)恢復(fù)。至于要進(jìn)行人工的地下含水層的更新，問題就更復(fù)雜了地下水污染的主要原因主要有：工業(yè)廢水向地下直接排放，受污染的地下水浸入到地下含水層，人類糞便或因過量使用農(nóng)藥而受污染的水滲入地下等。污染的結(jié)果是使地下水中有害成分如酚，鉻，汞，放射性物質(zhì)、細(xì)菌、有機(jī)物等的含量增高。污染的地下水對(duì)人體健康和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)都有危害。一、污染方式 直接污染特點(diǎn)是污染物直接進(jìn)入含水層，在污染過程中污染物的性質(zhì)不變。這是對(duì)地下水污染的主要方式。間接污染特點(diǎn)是地下水污染并非由于污染物直接進(jìn)入含水層引起的，而是由于污染物作用于其他物質(zhì)，使這些物質(zhì)中的某些成分進(jìn)入地下水造成的。二、污染途徑 l 間歇入滲型污染物通過大氣降水或灌溉水的淋濾，使固體廢物、表層土壤或地層中的有害或有毒組分，周期性地從污染源通過包氣帶深入含水層。這種滲入多半是呈非飽和狀態(tài)的淋雨?duì)顫B流形式，或者呈短時(shí)間的飽水狀態(tài)連續(xù)滲流形式．此種污染，無論在其范圍或濃度上，均可能有季節(jié)性的變化。主要污染對(duì)象是潛水。l 連續(xù)入滲型污染物隨污水或污水溶液連續(xù)不斷地滲入含水層。最常見的是污水聚積地段(污水池、污水滲坑、污水快速滲濾場、污水管道等)的滲漏，以及被污染地表水 體和污水渠的滲漏。其主要污染對(duì)象也多半是潛水。l 越流型污染物通過層間弱透水層以越流的形式轉(zhuǎn)移到其他含水層。這種轉(zhuǎn)移或者是通過天然途徑(水文地質(zhì)天窗)，或者通過人為途徑(結(jié)構(gòu)不合理的井管、破損的老井管等)，或者人為開采引起的地下水動(dòng)力條件的變化而改變了水流方向，是污染水流通過大面積的弱透水層越流轉(zhuǎn)移到其他含水層。其污染來源可能是地下水環(huán)境本身的，也可能是外來的，它可能污染承壓水也可能污染潛水。研究這一類型污染的困難之處是難于查清越流具體地點(diǎn)及地質(zhì)部位。l 徑流型污染物通過地下徑流的形式進(jìn)入含水層，即通過廢水處理井，或者通過巖溶發(fā)育的巨大巖溶通道，或者通過廢液地下儲(chǔ)存層的隔離層的破裂進(jìn)入其他含水層。海水入侵是海岸地區(qū)地下淡水超量開采而造成海水向陸地流動(dòng)的地下徑流。此種形式的污染。其污染物可能是人為來源也可能是天然來源，可能污染潛水也可能污染承壓水。其污染范圍可能不很大，但其污染程度往往由于缺乏自然凈化作用而顯得十分嚴(yán)重。三、污染類型① 地下淡水的過量開采導(dǎo)致沿海地區(qū)海（堿）水入侵 ② 地表污（廢）水排放和農(nóng)田污染造成的硝酸鹽污染 ③ 石油和石油化工產(chǎn)品的污染 ④ 垃圾填埋場滲濾污染第三章 污染與保護(hù)時(shí)采取措施，防微杜漸。最好是盡量減少污染物進(jìn)入地下含水層的機(jī)會(huì)和數(shù)量，諸如污水聚集地段的防滲，選擇具有最優(yōu)的地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的地點(diǎn)排放污染物等。治理技術(shù) u 物理處理法 屏蔽法該法是在地下建立各種物理屏障，將受污染水體圈閉起來，以防止污染物進(jìn)一步擴(kuò)散蔓延。常用的灰漿帷幕法是用壓力向地下灌注灰漿，在受污染水體周圍形成一道帷幕，從而將受污染水體圈閉起來。其他的物理屏障法還有泥漿阻水墻、振動(dòng)樁阻水墻、板樁阻水墻、塊狀置換、膜和合成材料帷幕圈閉法等，原理都與灰漿帷幕法相似。總的來說，物理屏蔽法只有在處理小范圍的劇毒、難降解污染物時(shí)才可考慮作為一種永久性的封閉方法，多數(shù)情況下，它只是在地下水污染治理的初期，被用作一種臨時(shí)性的控制方法。被動(dòng)收集法該法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道，在溝內(nèi)布置收集系統(tǒng)，將水面漂浮的污染物質(zhì)如油類污染物等收集起來，或?qū)⑺惺芪廴镜叵滤占饋硪员闾幚淼囊环N方法。被動(dòng)收集法一般在處理輕質(zhì)污染物(如油類等)時(shí)比較有效，它在美國治理地下水油污染時(shí)得到過廣泛的應(yīng)用。u 水動(dòng)力控制法水動(dòng)力控制法是利用井群系統(tǒng)，通過抽水或向含水層注水，人為地改變地下水的水力梯度，從而將受污染水體與清潔水體分隔開來。根據(jù)井群系統(tǒng)布置方式的不同，水力控制法又可分為上游分水嶺法和下游分水嶺法。上游分水嶺法是在受污染水體的上游布置一排注水井，通過注水井向含水層注入清水，使得在該注水井處形成一地下分水嶺，從而阻止上游清潔水體向下補(bǔ)給已被污染水體；同時(shí)，在下游布置一排抽水井將受污染水體抽出處理。而下游分水嶺法則是在受污染水體下游布置一排注水井注水，在下游形成一分水嶺以阻止污染羽流向下游擴(kuò)散，同時(shí)在上游布置一排抽水井，抽出清潔水并送到下游注入。同樣，水動(dòng)力控制法一般也用作一種臨時(shí)性的控制方法，在地下水污染治理的初期用于防止污染物的擴(kuò)散蔓延。u 抽出處理法抽出處理法是當(dāng)前應(yīng)用很普遍的一種方法，可根據(jù)污染物類型和處理費(fèi)用來選用，大致可分為三類：物理法：包括：吸附法、重力分離法、過濾法、反滲透法、氣吹法和焚燒法等?；瘜W(xué)法：包括：混凝沉淀法、氧化還原法、離子交換法和中和法等。生物法：包括：活性污泥法、生物膜法、厭氧消化法和土壤處置法等。u 原位處理法原位處理法是地下水污染治理技術(shù)研究的熱點(diǎn)，不但處理費(fèi)用相對(duì)節(jié)省，而且還可減少地表處理設(shè)施，最大程度地減少污染物的暴露，減少對(duì)環(huán)境的擾動(dòng)，是一種很有前景的地下水污染治理技術(shù)。原位處理技術(shù)又包括物理化學(xué)處理法及生物處理法。物理化學(xué)處理法 ①加藥法。通過井群系統(tǒng)向受污染水體灌注化學(xué)藥劑，通過井群系統(tǒng)向受污染水體灌注化學(xué)藥劑，c滲濾液，添加氧化劑降解有機(jī)物或使無機(jī)化合物形成沉淀等。②滲透性處理床。滲透性處理床主要適用于較薄、較淺含水層，一般用于填埋滲濾液的無害化處理。具體做法是在污染羽流的下游挖一條溝，該溝挖至含水層底部基巖層或不透水粘土層，然后在溝內(nèi)填充能與污染物反應(yīng)的透水性介質(zhì)，受污染地下水流入溝內(nèi)后與該介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成無害化產(chǎn)物或沉淀物而被去除。常用的填充介質(zhì)有：，用以中和酸性地下水或去除重金屬；，用以去除非極性污染物和CCl苯等；，用以去除溶解態(tài)重金屬等。③土壤改性法。利用土壤中的粘土層，通過注射井在原位注入表面活性劑及有機(jī)改性物質(zhì)，使土壤中的粘土轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)粘土。經(jīng)改性后形成的有機(jī)粘土能有效地吸附地下水中的有機(jī)污染物。生物處理法原位生物修復(fù)的原理實(shí)際上是自然生物降解過程的人工強(qiáng)化。它是通過采取人為措施，包括添加氧和營養(yǎng)物等，刺激原位微生物的生長，從而強(qiáng)化污染物的自然生物降解過程。通常原位生物修復(fù)的過程為：先通過試驗(yàn)研究，確定原位微生物降解污染物的能力，然后確定能最大程度促進(jìn)微生物生長的氧需要量和營養(yǎng)配比，最后再將研究結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際。現(xiàn)在所使用的各種原位生物修復(fù)技術(shù)都是圍繞各種強(qiáng)化措施來進(jìn)行的，例如強(qiáng)化供氧技術(shù)大致有以下幾種：①生物氣沖技術(shù)。該技術(shù)與原位物化法中的氣沖技術(shù)相似，都是將空氣注入受污染區(qū)域底部，所不同的是生物氣沖的供氣量要小一些，只要能達(dá)到刺激微生物生長的供氣量即可。②溶氣水供氧技術(shù)。這是由維吉尼亞多種工藝研究所(VirginiaPolytechnicInstitute)的研究人員開發(fā)的技術(shù)，它能制成一種由2/3氣和1/3水組成的溶氣水，氣泡直徑可小到55μm。把這種氣水混合物注入受污染區(qū)域，可大大提高氧的傳遞效率。該技術(shù)是把過氧化氫作為氧源注入到受污染地下水中，過氧化氫分解以后產(chǎn)生氧以供給微生物生長。過氧化氫常常要與催化劑一起注入，催化劑用以控制過氧化氫的分解速度，使之與微生物的耗氧速度相一致。第四章 我國現(xiàn)狀全國地下淡水的天然補(bǔ)給資源約為每年8840億m3，占水資源總量的三分之一，其中山區(qū)6 560億m3，平原區(qū)2 280億m3；地下淡水可開采資源為每年3 530億m3，其中山區(qū)為1 970億m3，平原區(qū)為1 560億m3。按賦存介質(zhì)劃分，地下水主要有孔隙水、巖溶水和裂隙水三種類型，孔隙水天然淡水資源量每年2 500億m3，可采資源量每年l 686億m3，巖溶水天然淡水資源量每年2 080億m3，可開采資源量每年870億m3，裂隙水天然淡水資源量每私260億m3，可開采資源量每年971億m3?？傮w上，中國地下水資源地域分布差異明顯，南方地下水資源豐富，北方相對(duì)缺乏，南、北方地下淡水天然資源分別約占全國地下淡水總量的70%和30%。北方地區(qū)70%生活用水、60%工業(yè)用水和45%農(nóng)業(yè)灌溉用水來自地下水。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國181個(gè)大中城市，有61個(gè)城市