地下水污染的控制與修復(fù).ppt

地下水污染控制與修復(fù) 趙勇勝吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院2007年5月 一 地下水污染的預(yù)防地下水污染的預(yù)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(fù)技術(shù)異位處理技術(shù)原位修復(fù)技術(shù)地下水污染修復(fù)技術(shù)效果分析地下水污染修復(fù)的終點(diǎn)四 地下水污染控制與修復(fù)的基本原則五 地下水污染調(diào)查的幾點(diǎn)思考六 結(jié)語 內(nèi)容 根據(jù)發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn) 地下水一旦遭受污染 它的治理和恢復(fù)是非常困難的 治理費(fèi)用巨大 所需的時(shí)間很長 如美國的超級(jí)基金 Superfund 項(xiàng)目是世界上規(guī)模最大 投資最多的環(huán)境污染修復(fù)計(jì)劃 在20世紀(jì)的最后近20年里 美國在土壤和含水層污染治理方面的費(fèi)用達(dá)到7500億美元 僅清理油滲漏造成的土壤和地下水的污染費(fèi)用就達(dá)1600億美元 所以地下水污染應(yīng)以預(yù)防和控制為主 一 地下水污染的預(yù)防 地下水污染的預(yù)警系統(tǒng)地下水污染預(yù)警是指當(dāng)自然力或人類活動(dòng)作用于地下水環(huán)境時(shí) 對(duì)地下水及其環(huán)境發(fā)生的影響變化進(jìn)行監(jiān)測 分析 評(píng)價(jià) 預(yù)測 并確定其變化趨勢及速度的動(dòng)態(tài)過程后 適時(shí)給出相應(yīng)級(jí)別的警戒信息 達(dá)到地下水污染預(yù)防的目的 根據(jù)預(yù)警理論 利用隨機(jī) 非確定性模型對(duì)地下水水質(zhì)進(jìn)行預(yù)警 建立計(jì)算機(jī)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(yù)警系統(tǒng)軟件 使地下水監(jiān)測資料的分析具有實(shí)時(shí)性 動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn) 同時(shí)也加強(qiáng)了地下水監(jiān)測為國民經(jīng)濟(jì)的服務(wù) 此外還可以利用這一系統(tǒng)進(jìn)行反饋分析 為地下水資源的保護(hù)和開發(fā)利用提供決策支持 一 地下水污染的預(yù)防 一 地下水污染的預(yù)防 地下水污染的防治規(guī)劃優(yōu)先保護(hù)地下水飲用水源地 保護(hù)地下水現(xiàn)狀使用功能 地下水系統(tǒng)保護(hù)完整性 地下水和地表水統(tǒng)籌兼顧 評(píng)價(jià)地下水現(xiàn)實(shí)和潛在 或規(guī)劃用途 利用價(jià)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(diǎn)流域 重點(diǎn)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(jí) 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(yīng)的污染預(yù)防和控制措施 一 地下水污染的預(yù)防 國際上地下水污染場地的管理發(fā)達(dá)國家對(duì)地下水污染的監(jiān)測 控制和管理非常嚴(yán)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(fù)都有具體的要求和標(biāo)準(zhǔn) 基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的污染場地控制和修復(fù) 對(duì)地下水污染場地進(jìn)行人體健康或生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果 最終確定地下水污染場地是否需要進(jìn)行修復(fù) 采用何種技術(shù)進(jìn)行修復(fù)等 制定 地下水污染管制標(biāo)準(zhǔn) 地下水污染整治基準(zhǔn) 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(duì)地下水污染場地實(shí)行較為嚴(yán)格的管理 二 地下水污染場地的監(jiān)測 控制和管理 臺(tái)灣地區(qū)地下水污染場地的管理地下水污染管制標(biāo)準(zhǔn)重金屬8項(xiàng) 砷 鎘 鉻 銅 鉛 汞 鎳 鋅單環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?項(xiàng) 苯 甲苯多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔?項(xiàng) 奈氯化碳?xì)浠衔?4項(xiàng) 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(xiàng) 2 4 地 加保扶 可氯丹 大利松 達(dá)馬松 巴拉刈 巴拉松 毒殺芬一般項(xiàng)目2項(xiàng) 硝酸鹽氮 以氮計(jì) 亞硝酸鹽氮 以氮計(jì) 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(dá)國家的經(jīng)驗(yàn) 今后我國必然面臨地下水污染場地的控制和修復(fù)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(shí)際情況的地下水污染場地控制和修復(fù)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的污染場地管理還是基于制定一系列的控制標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)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(xiàng)工作的后續(xù)開展 包括地下水污染控制和修復(fù)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(fù)收集法水動(dòng)力場綜合方法 水力屏障法示意圖 恢復(fù)收集法示意圖 地下水污染場地的修復(fù)技術(shù)異位修復(fù)技術(shù)污染土體開挖抽取 處理原位修復(fù)技術(shù)污染土壤氣體提取法井中汽提方法空氣攪動(dòng)法原位沖洗處理墻 反應(yīng)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(duì)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(jìn)行處理的方法來去除污染源 這一方法對(duì)于地下水污染的控制和治理效果很好 但對(duì)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(shí) 難以進(jìn)行 抽取 處理方法先抽取已污染的地下水 然后在地表進(jìn)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(yīng)用于地下環(huán)境中易溶污染質(zhì)的恢復(fù)和治理 有時(shí)需要注入表面活性劑來增強(qiáng)吸附在地層介質(zhì)顆粒上的有機(jī)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(fù)技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(duì)土壤揮發(fā)性有機(jī)污染進(jìn)行原地恢復(fù) 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(jìn)入氣相 進(jìn)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(yīng)用于所有可降解的污染物 但實(shí)際常應(yīng)用于石油碳?xì)浠衔镂廴镜闹卫?而且已經(jīng)有成功的實(shí)例 三 地下水污染的控制與修復(fù)技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復(fù)技術(shù) 原位處理技術(shù)井中汽提方法使地下水在井中進(jìn)行循環(huán) 揮發(fā)性有機(jī)物VOCs汽化 污染氣體可以抽取在地表處理或進(jìn)入包氣帶用微生物降解 2 原位處理技術(shù)空氣攪動(dòng)法空氣攪動(dòng)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(shí)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(jìn)入包氣帶 可用SVE系統(tǒng)進(jìn)行處理 有時(shí)這種方法也稱為微生物攪動(dòng) biosparging 用來強(qiáng)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(dòng)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(fù)技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(jìn)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(qiáng)了對(duì)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(yīng)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(jìn)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(fù)技術(shù) 2 原位處理技術(shù)處理墻 反應(yīng)帶方法在污染源的下游開挖溝槽 然后充填反應(yīng)介質(zhì) 與流經(jīng)的污染地下水進(jìn)行反應(yīng) 使污染物得到處理 用于反應(yīng)的充填介質(zhì)可以包括零價(jià)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(yīng)包括降解 吸附和沉淀等 有時(shí) 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(yīng)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(yīng)介質(zhì) 形成一個(gè) 污染物的反應(yīng)帶 污染物與注入的介質(zhì)發(fā)生物理 化學(xué)和生物化學(xué)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(fù)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(dāng)?shù)脑?幾乎所有的有機(jī)污染質(zhì)都可以被微生物降解 從二十世紀(jì)七十年代開始 人們進(jìn)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(jìn)行原地處理的實(shí)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(yuǎn)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(fù)技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(dāng)有機(jī)污染物泄漏進(jìn)入土壤或地下水中 會(huì)存在一些天然過程來分解和改變這些化學(xué)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(huì)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(fēng)險(xiǎn) 三 地下水污染的控制與修復(fù)技術(shù) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(diǎn)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(yīng)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(jī)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(biāo)要求也不十分嚴(yán)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(fù)技術(shù) 3 地下水污染修復(fù)技術(shù)效果分析當(dāng)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(fù)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(fù)技術(shù) 4 地下水污染修復(fù)的終點(diǎn)污染修復(fù)的終點(diǎn) Remediationendpoints 或修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)地下水污染場地的修復(fù)非常重要 基于健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上制定 不同場地可不同 綜合考慮飲用水標(biāo)準(zhǔn)等 制定統(tǒng)一的地下水污染的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)如在美國不同的州其地下水污染的修復(fù)有不同的法規(guī) 但總體上來說 地下水污染的清除標(biāo)準(zhǔn) CleanupStandard 是以地下飲用水中化學(xué)物質(zhì)的最大污染水平 MCLs 以及非強(qiáng)制性的基于感觀考慮的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) SDWR 等現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù) 在進(jìn)行毒理分析 污染風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)等基礎(chǔ)上制定的 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(biāo)準(zhǔn) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(biāo)準(zhǔn) 三 地下水污染的控制與修復(fù)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(jìn)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(fù)過程中 要防止地下水污染的進(jìn)一步擴(kuò)展 使污染面積增大 發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)表明 污染地下水的修復(fù)是一個(gè)漫長的過程 因此 采取科學(xué)的方法和技術(shù)控制污染暈的擴(kuò)展 避免帶來進(jìn)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(biāo) 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(jìn)行污染的修復(fù) 在現(xiàn)行條件下 污染場地的修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)不宜制定的太高 以達(dá)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(fù)的基本原則 四 地下水污染控制與修復(fù)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(biāo)都一樣 分析結(jié)果的動(dòng)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(diǎn)思考 1 我國地下水的污染非常嚴(yán)重 存在著大量的污染場