【文章內容簡介】 安裝后自動運行，不需要安裝地面以上的處理設施，因此只要運行得當，便可以取得很好的處理效果，同時，由于反應介質消耗得很慢，故滲透反應墻對于羽狀體的處理可持續(xù)幾年，甚至幾十年，除了定點監(jiān)測和反應介質更換外，每年幾乎不需要任何的運行費用。 滲透性反應墻主要有連續(xù)墻式反應墻系統(tǒng)、隔水漏斗一導水門系統(tǒng)和多沉箱隔水漏斗一導水門系統(tǒng)。其中，連續(xù)墻式反應墻系統(tǒng)由含有滲透性反應介質的反應單元組成(見圖2a)；隔水漏斗一導水門系統(tǒng)有一個不透水部分(或隔水漏斗)將截獲的地下水導向滲透部分(或導水門)(見圖2b)這種結構有時能更好地控制反應單元的安裝和羽狀體的截獲。當?shù)叵滤鬟^的場地是菲均質時，隔水漏斗一導水門系統(tǒng)允許反應單元被安置在含水層中滲透性較好的地方。在污染物分布不均的條件下，隔水漏斗一導水門系統(tǒng)能更好地將進人反應單元的污染物濃度均勻化。在有較寬的羽狀體和較大地下水流速的地方(尤其是當每個反應單元或導水門尺寸的安裝受到限制時)，采有多沉箱隔水漏斗一導水門系統(tǒng)能夠保證有足夠的停留時間(見圖2c)。圖2 幾種實用有效的隔水漏斗導水門結構反應介質是滲透性反應墻最主要的構成要素。反應介質的種類很多，主要包括零價鐵、雙金屬和新型反應介質(如陶瓷狀鐵泡沫、膠狀鐵等)。在研究地區(qū)的背景資料基礎上，包括地下水滲流特征、地下水中有機物的組成與濃度、含水層類型、地質結構等，選擇合適的反應介質，同時受下列因素控制：①反應性最好選擇使污染物反應速率快的介質，以在經濟可行的滲流厚度(停留時間)內還原污染物；②穩(wěn)定性反應介質或混合介質所能保持反應時間的長短是需要考慮的一個重要因素，可保證在場地特有的地球化學條件下，在較長時間內(幾年或幾十年)維持其反應性；③介質存在和價格較便宜的與較貴的介質相比，當兩者的性能差別不大時，應優(yōu)先考慮較便宜的介質，因此要求反應介質價格合理，容易獲得；④水力性能反應介質的粒徑應該確保反應墻有足夠的能力截獲污染羽狀體，且在特定的地球化學條件下，通過限制沉淀的生成，能夠長時間的維持其孔隙度(滲透性)水平；⑤環(huán)境兼容性反應產物(如Fe2+、Fe3+、氧化物、氫氧化物和碳酸鹽)要與環(huán)境兼容，不能向下游環(huán)境產生有害的副產物；在實際應用過程中應綜合考慮這些因素，并綜合特定場地各種特定因素來確定反應介質的類型。滲透性反應墻去除污染物的機理分為生物的和非生物的兩種，主要包括吸附、沉淀、氧化一還原和生物降解，但人們對去除水中有機物最感興趣的還是還原性脫氯，即應用氧化一還原反應使有機物降解為無毒害的物質。目前，零價的顆粒金屬(特別是鐵)是在實驗室批量試驗、中試和現(xiàn)場應用最廣泛的反應介質，最常用的是零價鐵屑。零價鐵發(fā)生氧化一還原反應，產生電子活性將氯化物轉化為潛在的無毒物質。雖然其它的反應介質也能產生類似的反應，但是反應速率不同，以下以鐵為例介紹其反應的機理。Sweey等研究表明，盡管存在其它降解機理，但主要是鹵素原子被氫原子取代:Fe+H2O+RCL→RH+Fe+OH+CL(1)鹵素原子被氫氧基取代：2+Fe+2H2O+2RCL→2ROH+Fe+H2+2CL(2)鐵被水消耗，這個反應進行很慢：2+Fe+2H2O→2OH+Fe+H2(3)如果地下水進入反應單元過程中有氧存在，鐵會被氧化并產生氫氧根離子式，即：2+Fe+O2+2H2O→2Fe+4OH(4)鐵會以Fe(OH)：或Fe(OH)，形式沉淀，阻礙反應的進一步進行。因此，在地下水進入反應單元之前，應采取措施降低或消除水中的溶解氧。一旦去掉溶解氧，像TCE這樣的有機氯化物由于鹵素的存在而處于氧化狀態(tài)，鐵可以通過電子轉移與有機氯化物反應，主要產物是乙烯和氯化物，如下式所示：2+3Fe→3Fe+6e+2+C2HCL3+3H+6e→C2H4+3CL+(5)3Fe+C2HCL3+3H→C2H4+3CL+3Fe2+上述幾個反應都產生OH，所以會使反應單元中水的pH值升高，pH值升高會導致TCE降解速率的降低。其間接影響是易形成氫氧化物沉淀而將鐵的表面包圍起來，從而降低了鐵的活性和反應單元的導水性。在天然地下水中，溶解的碳酸及重碳酸鹽起了緩沖體系的作用，限制了pH值的升高和沉淀的生成。在堿性條件下，大量CO32形成FeCO3，沉淀，反應到一定程度時，CO32達到平衡，則不能限制pH值的升高。H2CO3 +2OH→CO3+2H2O(6)HCO3 +OH→CO3+H2O(7)Gillham和039。Iannesin分別用加入和不加入生物殺蟲劑對受TCE污染的水進行土柱實驗。在這兩種情況下，得到了相近的降解速率，這說明TCE的降解是非生物的過程，能夠在沒有生物參與的情況下進行。在加利福尼亞Sunnyvale一個工廠里進行的一個中試研究中，對地下水進行了微生物分析，結果表明在含水層22的反應介質中并不存在微生物。但是，在一定的條件下，反應單元中有可能發(fā)生生物反應。到目前為止，在實地裝置中的反應單元中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的生物活動。 滲透性反應墻的安裝反應單元就是污染羽狀體流過的、裝填有反應介質的部分含水層，其常用安裝技術有：傳統(tǒng)溝槽式開挖(Conventional trench excavation)、沉箱式安裝、芯軸式安裝(mandrelbased emplacement)、連續(xù)挖掘填埋(confinous trenching)。這4種安裝技術都曾用于現(xiàn)場反應單元的安裝，其中溝槽式安裝應用最廣。盡管不同場地有所不同，但考慮到地下水位波動和反應介質的固結，反應單元應的上緣一般位于地下水位以上60cm左右，而下部要嵌人隔水層至少30cm。在隔水漏斗一滲透門系統(tǒng)中，漏斗壁部分一般要嵌入隔水層1．5 m。如果隔水層是不連續(xù)的，土工織物和水泥板需要鋪設在建反應單元底部，防止任何污染物通過地下流繞過反應單元。在單元建設期間，監(jiān)測井群可以安裝在反應介質中或者上游和下游的細礫石中。(1)傳統(tǒng)溝槽開挖(Conventional trench excava—don)根據(jù)滲透性反應墻的設計，安裝反應單元需要挖一條裝填反應介質的溝槽。傳統(tǒng)開挖溝中最常用的設備是反鏟挖土機(深度小于24 m)和蚌殼式挖泥機(深度大于24 m)。開挖前先沿著擬建反應單元的周圍打入臨時性的鋼板樁，并用支撐加固。板樁也可以用于暫時隔離細礫石部分和反應介質。如果高水位使板樁不能阻止地下水進入反應單元，將需要對溝排水。為保持反應單元安裝期間溝壁的整體性，要在生物高聚物泥漿壓力下進行開挖，這種生物高聚物泥漿由粉末狀瓜耳木膠構成。反應墻安裝完之后，大部分瓜耳木膠將降解成為水，對傳統(tǒng)溝槽式反應墻的滲透性影響很小。(2)沉箱式安裝沉箱是一種空的、承受荷載的圍欄，其形狀和大小可根據(jù)需要而變化。為了安裝反應單元，一個預制開口的鋼制沉箱可用于暫時幫助開挖。通常， m或更小的沉箱可以推入或夯入地下，其直徑越小，越易驅入，并且能保持豎直狀態(tài)。 m對反應單元的安裝來說是不經濟的，這對反應單元內滲透厚度和停留時間都將受到限制，所以在污染羽狀體較寬、濃度較高、水流速度較大的地方，用多沉箱的隔水漏斗一導水門系統(tǒng)提供適當?shù)耐Ａ魰r間。(3)芯軸式安裝該方法是用一個中空鋼軸或芯軸來開辟一個垂直的空間，然后將反應介質填進去。在被打入地下以前，芯軸的下部放上一個有利于驅動的金屬套頭。一旦空間形成，使用一個漏斗管直接將介質倒入孔中，到達要求的深度后．把芯軸取出來，留下反應介質和金屬套頭。其缺點是，反應單元的尺寸受到芯軸尺寸的限制，芯軸一般是5cm13 cm，因此安裝一個反應單元不可能一次成功；在用振動錘向下安裝芯軸時，可能由于地下的障礙物芯軸偏離方向，而且土壤被壓實后滲透性將降低。優(yōu)點是費用低，不產生泥和石頭，減小了有害廢物的暴露和處置， cm的反應材料。(4)連續(xù)式開挖安裝該方法受開挖深度限制，不如其它挖土機使用那樣普遍，但連續(xù)式開挖機對深度為10 m12 m的墻是一個很好的選擇。它能連續(xù)開挖一個40 cm60 cm的窄槽，同時立即用反應介質回填或放人防滲的高密度聚氯乙烯(HDPE)連續(xù)隔膜。這種挖掘機開挖時，不需要對含水的溝槽排水，也不需要安裝鋼板樁暫時支護溝槽墻壁。因為開挖時吊桿幾乎是垂直而沒有坡度，可以最大限度地減小開挖時產生的泥土和巖石，而且開挖的效率也很高。反應單元的設計也包括引導或匯聚地下水向滲流門的側面隔水墻，最常用的是鋼板樁隔水墻和泥漿隔水墻，一般都將其嵌人隔水層中防止地下水向下游遷移，有時用懸掛式隔水墻的來阻止懸浮的污染物。如果含水層缺乏連續(xù)性或部分缺失，灌漿防滲底板可達到36m深。(1)鋼板樁鋼板樁在巖土工程建設中是一種常用的地下工程。它通常在開挖過程中用做固定墻來防止溝槽的崩塌和阻止地下水的流入。它以其強度和完整性而聞名，并且可以防止水力壓裂。根據(jù)土壤中的氧含量和污染物的腐蝕性，鋼板墻的有效使用期在7到40年之間。一般板樁的長度為12 m，但如果需要更大的深度可將其焊接在一塊。在放入地下之前，將他們在邊緣的嵌連處連接起來。雖然在過去曾放到過24 m的深度，可在18m左右就偏離了垂直方向。在多巖石的土壤中安裝時可能被損壞或放不下去，且板樁嵌連處會發(fā)生滲漏，使應用受到限制。滑鐵盧大學開發(fā)了一種滲透性低、安裝速度決、擾動小的無縫板樁，并已經在幾個污染區(qū)用作隔離墻。像一般的鋼板樁一樣，為了保證板樁的完整性，新型板樁的安裝深度也應該限制在18 m以內，而由于多巖石的土壤或高度固結的沉積物在安裝過程中會損壞板樁，所以施工受到地質條件的限制。同時，受密封性、形狀和使用要求影響。沉箱式隔水漏斗一滲透門系統(tǒng)很難應用板樁。目前。這種無縫板樁只在加拿大的一個地區(qū)生產．其推廣和使用也受到限制。(2)泥漿墻 泥漿墻是改變污染水流方向最常用的地下墻。首先在膨潤土和水混合的泥漿壓力下開挖一道壕溝，通過在溝壁上形成泥餅來保持溝的穩(wěn)定性。壕溝被開挖后，迅速用選擇的回填材料與膨潤土混合物回填。最常見的泥漿墻是土壤一膨潤土泥漿墻、水泥一膨潤土泥漿墻、塑料一膨潤土泥漿墻和復合泥漿墻。由于泥漿墻和反應單元的密封容易解決，因此特別適合于沉箱式隔水漏斗一導水門系統(tǒng)。其中，土壤一膨潤土泥漿墻應用最普遍。它安裝費用較少，滲透性很低，能承受各種溶解性的污染物的化學侵蝕，墻的建造也非常簡單。開挖一開始就引入膨潤土泥漿。挖出的土壤可與水和膨潤土混合，當溝槽達到需要的深度和一定的長度時，混合的充填物就可進行回填。水泥一膨潤土泥漿墻主要應用于沒有足夠空地混合回填物的情況，在水、膨潤土和水泥組成的泥漿壓力下挖一條溝槽，不回填土壤，泥漿慢慢凝固，和土壤一起形成粘土墻。填溝時需要大量的水泥，故其造價高，同時，因挖出的土壤不回填，需要額外的處置費用；墻體中大部分都是水，而固體少，故滲透性較高，易被污染物滲透，因此，水泥一膨潤土泥漿墻在環(huán)境中的應用受到限制。其優(yōu)點是強度大、可在特殊地形條件下進行安裝。塑料混凝土泥漿墻是由水、膨潤土、水泥和聚集體的混合物組成，具有很大的剪切強度和韌性。塑料混凝土泥漿墻是在膨潤土泥漿的壓力下分段建造的，當一端挖好后，就用導管灌入水泥漿替換膨潤土泥漿，然后留下凝固。塑料混凝土泥漿墻用在需要對強度和變形有要求的地方。它有相對低的滲透性，能抵抗污染物的滲透。復合泥漿墻由三層組成，每一層都增加對化學侵蝕的抵抗力，降低滲透性。最外一層是厚度為3cm的膨潤土過濾層，中間層是30 cm60 cm厚的土壤一膨潤土、水泥一膨潤土或塑料一混凝土填充物，最里面是10cm的高密度聚氯乙烯膜(HDPE)。HDPE的滲透性為l1012 cm/s。復合泥漿墻的安裝需要在膨潤土或水泥漿的壓力下開挖溝槽，可挖至30 m深。但很難將HDPE襯墊放到這么深，并且安裝費用很高使得HDPE的利用限制在15 m以上。當放好HDPE后，就可在膜的兩側回填。在膜的里面放入排水系統(tǒng)，并設取樣點來監(jiān)測系統(tǒng)的運行。其優(yōu)點是滲透系數(shù)非常小，不用除去地質膜就可以密封和修理墻體部分。(1)滲透性反應墻在處理污染方面的現(xiàn)場應用較少，目前仍處于技術開發(fā)及其推廣階段；(2)滲透性反應墻降解機理還有待于進一步深入和完善；(3)實際應用和數(shù)值模擬的結果都表明，滲透性反應墻具有很好的綜合去除污染物的作用；(4)滲透性反應墻的安裝對現(xiàn)場條件和開挖技術的要求很高，應加大研究力度；(5)滲透性反應墻具備良好的長時間運行的特性，在高效去除污染物的同時能節(jié)約運行成本，是一項值得推廣的污染物治理與控制技術。第五章 地下水污染預防及措施地下水污染與地表水污染、空氣污染、固體廢物污染等各種環(huán)境污染都有密切關系，交織在一起，因此，地下水污染和防護除其特殊性外，應與各種污染防治相聯(lián)系，綜合考慮。然而，由于地下水污染的復雜性表現(xiàn)在污染物種類繁多、污染途徑隱蔽、污染機理復雜、污染防治系統(tǒng)龐大、地下水流緩慢等，一旦污染很難治理，即使花費很大的代價，耗時較長，也難奏效，故應以預防為主，應充分考慮地下水污染特征、污染源、污染途徑、污染機理及地下水污染引起的主要 問題，用多種手段，采用系統(tǒng)分析的方法，全面控制地下水的污染。 預防措施，提高公眾環(huán)境意識要努力貫徹有關法規(guī)政策，堅決貫徹執(zhí)行《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國環(huán)境保護法》和《水污染防治法》。完善地方法規(guī)，實行誰污染誰治理，誰開發(fā)誰保護的原則。有步驟、有重點地解決水環(huán)境污染問題。小而散、多的污水廠建設不僅給國家和企業(yè)造成巨大的投資浪費。還由于企業(yè)負擔過重、管理水平較低等原因，使預想的環(huán)境治理目標大打折扣。為此，筆者認為集中建設規(guī)?；鬯畯S，變“誰污染誰治理”為“誰污染誰掏錢”的政策時機已成熟。加快建設污水處理廠，處理工業(yè)廢水及生活污水，是保護水環(huán)境的一個重要途徑。在經濟技術許可的情況下，在污染較為嚴重的城市，如榆次、介休、靈石、和順，有計劃地興建一些污水處理廠，加快建設速度、提高處理能力加強水質監(jiān)測、發(fā)現(xiàn)問題及時解決。，合理開發(fā)地下水資源增強全民環(huán)保意識，強化節(jié)約用水，推廣節(jié)水新技術，加強對用戶尤其是大戶的用水量控制，扶持企業(yè)搞環(huán)保，推廣潔凈新能源外，應把能源基地作為一個生態(tài)系統(tǒng)予以全面規(guī)劃。把單個污染源的孤立治理，變以水系或地區(qū)為單位進行防治，以全面改善生態(tài)環(huán)境。此外，還要加強環(huán)境地質科學研究，盡快摸清各地區(qū)的水環(huán)境容量，并以其指導規(guī)劃和建設。如工業(yè)布局要考慮環(huán)境承載能力，在水環(huán)