天津市地下水典型污染物原位修复技术探讨（方淑芬,赵翠霞,罗国栋,王鸿雁）

摘要：由于自然与人为的作用，目前天津市已被污染的地下水中含有多种有害物质，主要包括铅、氧氮、氟化物、氯化物、铁、猛、石油、阴离子洗涤荆、有机氯、亚硝酸盐氮等；其中，造成地下水质量较差的主要原因是地下水中的氨氮与氟化物。多年来，天津市在氟化物的治理方面已积累了很多经验，其他污染物的治理还处在探索阶段，为此重点探讨一下地下水典型污染物氮污染的原位修复技术。

关键词：地下水典型污染物：原住修复技术；探讨

中图分类号：TV213．9 文献标识码：A 文章编号：1004—7328(2007)04—0019—03

1 天津市地下水开发利用与污染现状

1．1 水资源开发利用现状

天津市属于水资源严重短缺的城市，人均水资源占有量仅为160 m3．加上引滦入境水，人均仅380m 3。依2005年天津市水资源公报统计分析：全市水资源总量为10．63×10 8m 3，其中地下水资源量4．44×10 8 m3(目前只考虑矿化度小于2 的浅层地下水作为水资源量)，地下水资源量占全市水资源总量的41。77％ ；2oo5年全市总用水量(实际供水量)为23．10×l0 8m 3，其中地下水供水量6．98×10 8m3。可见地下水是天津市水资源的重要组成部分，对缓解水资源危机起着非常重要的作用。然而．地下水在支撑天津市经济高速发展的同时．也正在遭受着不同程度的污染，其中较为突出的是浅层地下水的氨氮污染及部分地区的亚硝酸盐氮污染。

1．2 地下水典型污染物污染现状

天津市地下水中含有多种有害物质，其中多数是人为作用产生的，少数是自然作用产生的．主要包括：铅、氨氮、氟化物、氯化物、铁、猛、石油、阴离子洗涤剂、有机氯及亚硝酸盐氮等；监测资料表明．天津市地下水中氨氮污染呈污染程度加重、污染范围扩大的趋势。1992年天津市浅层地下水和第Ⅱ组承压水氨氮平均含量分别为0．30 mg／L和0．17 mg／L．超标率分别为43．93％和16．47％ ：而2001年天津市浅层地下水和第Ⅱ组承压水氨氮平均含量已经达到0．46 mg／L和0．36 mg／L，超标率分别为64．00％和66．20％。另外，一些井点也发现了地下水亚硝酸盐氮超标，部分井的亚硝酸盐氮含量高达0．549 mg／L，超过地下水环境质量标准的26倍。饮用含有硝酸盐类氮污染的水，会引起高铁血红蛋白血症和高癌症发病率，严重地影响人们的健康和生命安全。可见天津市浅层地下水的氨氮污染及部分地区的亚硝酸盐氮污染，已经对天津市宝贵的淡水资源造成了威胁。2o07年初，市环保局协同水利局等部门，已着手开展编制《天津市地下水污染防治规划》，地下水污染已引起政府及相关部门的关注。

2 地下水污染原位处理方法

原位处理法是地下水污染治理技术研究的热点．不但处理费用相对节省．而且还可减少地表处理设施，最大程度地减少污染物的暴露．减少对环境的扰动，是一种很有前景的地下水污染治理技术。原位处理技术又包括物理化学处理法及生物处理法。

2．1 物理化学处理法

在氨氮污染方面，从上世纪60年代开始，科学家们就致力于对已受硝酸盐污染的地下水修复技术的研究。已有修复技术包括物理方法、化学方法和生物方法。物理方法主要有电渗析、反渗透、蒸馏法、离子交换法等，去除饮用水中的硝酸盐普遍所需费用过高，且去除不具选择性，不彻底，只是发生了硝酸盐污染物的转移或浓缩。化学反硝化法脱除硝酸盐氮所进行的研究仅局限于采用活泼金属、氢气以及甲酸、甲醇等数种还原剂。采用化学方法，催化剂的活性和选择性很难控制，由于氢化作用不完全易形成亚硝酸盐，或由于氢化作用过强而形成NH (NH4+)等副产物．且费用高。

众所周知．水、土系统具有一定的自净能力。为了充分发挥土、水系统的净化功能，科学家们提出了原位生物修复技术。

2．2 地下水污染原位生物修复技术

原位生物修复的原理实际上是自然生物降解过程的人工强化。它是通过采取人为措施，包括添加氧和营养物等。刺激原位微生物的生长，从而强化污染物的自然生物降解过程。通常原位生物修复的过程为：先通过试验研究。确定原位微生物降解污染物的能力，然后确定最大程度促进微生物生长的氧需要量和营养配比．最后再将研究结果应用于实际。现在所使用的各种原位生物修复技术都是围绕各种强化措施来进行的。

针对地下水污染原位生物修复的思路，荷兰科学家Kruitho等在一个砂砾含水层中进行了有关试验：硝酸盐含量18．1 mg／L。注人的甲醇(49 mg／L)为20 m3／h。处理水井离注人井的距离为25 m，抽取的水量为33 m3／h，12 d以后水中的硝酸开始减少，18 d以后硝酸的去除率达到30％。在试验开始后22 d，出现了两个问题：第一，亚硝酸的浓度从0 mg／L至0．17 mg／L，两井之间的地下水位差提高了10 m。第二，试验是间断地注人85 mg／L的甲醇，硝酸盐的去除率达到50％ ．但是还是出现了土壤堵塞问题。后来改进这一系统，在距离处理水井12 m的砂砾含水层中安置一个渗透装置提供乙醇。注人水的速率与抽提水的速率均为23 m3／h，地下水中硝酸的初始浓度为14 mg／L，乙醇的注人浓度为24 mg／L，硝酸的去除率可达到97％。亚硝酸的浓度在0．02～0．3 mg／L这个范围内变化。在运行的5个月中没有发现因有机质的增多而引起的土壤堵塞现象。中国科学家张胜等(2003年在衡水市)采用在野外试验井中加入少量乙醇营养物质和分离培养的反硝化细菌菌液的试验方法，进行了硝态氮污染地下水原位微生态修复技术研究。结果表明．地下水中NO3-的最大去除率达到98．8％，利用乙酸钠作为营养碳源进行的微生物脱氮试验效果也较好．对地下水中NO3-的最大去除率可达98％。试验结果表明，地下水原位微生态修复技术是一种发展潜力大、效率高、投资少的环境修复技术。

尽管如此，由于受生物特性的限制，生物修复技术还存在许多的局限性：①受污染物的种类繁多的影响．微生物不能降解污染环境中的所有污染物；②低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术；③受温度和其他环境条件的影响，微生物对污染物的降解能力就会有所变化；④有些情况下，生物修复不能将污染物全部去除．因为当污染物浓度太低不足以维持一定数量的降解菌时，残余的污染物就会留在土壤中，为二次污染留下隐患。

3 天津市地下水氮污染原位修复技术研究

至今，海水人侵研究经历了从理论假设到合理概化，从理论模型、室内实验模型到数值模型这一漫长的阶段。地下水氮污染修复技术方面，原位微生态修复技术是一种发展潜力大、效率高、投资少的环境修复技术。但是已有的研究成果只是表明，在野外地下水含水层中进行NO3-N修复的可行性。如果要进行实际工程应用，还存在一些技术难点和实施方法问题。特别是针对天津市水文地质条件的不同、环境要素的差异、地下水化学成分的变化等，都需要进一步研究。

参照国内外地下水污染原位修复研究成果，提出如下天津市地下水氮污染原位修复技术方法：

(1)建立用于研究区地下水三维地质结构仿真模型，为地下水流场、水化学场、污染方式及污染途径的识别提供结构参数。

(2)取研究区土壤、含水层水样，根据土壤和含水层氧化还原条件，进行氮污染生物降解优势菌群培养试验．确定生物反硝化降解的最佳条件与最佳参数，进而建立耦合生物降解作用的污染物迁移转化数学模型。

(3)模拟地下水中氮污染物的运移规律、演化趋势及降解效果，确定原位修复最佳地点、时间及微生物投放量等。

(4)根据室内研究分析成果，进行野外氮污染原位生物修复试验，并对降解情况进行监测．最终确定氮污染原位生物修复的最佳方案。

地下水原位修复技术路线见图1。

4 天津市地下水氨污染原位修复应注意的问题

地下水氮污染的治理相对于地表水来说更加复杂，在进行具体的治理时，还需要考虑以下因素：① 治理中往往要多种技术结合；②受水文地质条件和地球化学特性的影响，修复工作通常要以水文地质工作为前提；③ 由于地下水和土壤间是相互作用的，受污染地下水的修复往往还要包括土壤的修复；④ 在地下水氮污染原位修复过程中，要防止地表水补给地下水，以免加大工作量。

5 结语

地下水氮污染修复技术方面，原位微生态修复技术是一种发展潜力大、效率高、投资少的环境修复技术。已有的研究成果已表明野外地下水含水层中进行NO3-N修复的可行性。因此，开展天津市地下水典型污染物污染防治及修复技术研究．将为天津市地下水资源的合理开发与保护提供重要的参考依据，为地下水污染的治理提供技术支撑，同时也将为天津市社会经济的可持续发展提供重要的淡水资源保障。

作者简介：方淑芬(1963-)，女，高级工程师，主要从事水文水资源管理工作。

来源：《海河水利》2007.4