地下水自然衰減管理

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【摘要】簡要論述了石油類污染地下水BTEX自然衰減的國內(nèi)外研究進展，及自然衰減的定義和分類。

【關(guān)鍵詞】地下水；BTEX；自然衰減

1引言

燃油（如汽油）地下儲藏罐（UndergroundStorageTanks，USTs）的泄漏是當前全球十分普遍的環(huán)境問題。美國在2003年確認有443568處USTs存在泄漏，相當于USTs總量的1/3[1]；雖然我國缺乏類似的調(diào)查數(shù)據(jù)，但USTs泄漏以及事故性事件是難以避免的，該類泄漏將構(gòu)成我國水資源安全利用的潛在威脅。

燃油泄漏帶來的主要問題是，地下水受到水溶性毒性烴的污染，如苯，甲苯，乙苯和二甲苯（Benzene,Toluene,Ethylbenzene,Xylene,BTEX）。由于BTEX在汽油中占有約22%的體積比例[2]，并且具有相對高的溶解度、遷移能力和致癌毒性，已引起了國際上學(xué)術(shù)研究的關(guān)注。北美與歐洲國家的研究認為，利用含水層土著微生物去除BTEX污染物是一種具有顯著成本效益的含水層修復(fù)技術(shù)，即內(nèi)在生物修復(fù)作用（Intrinsicbioremediation），該技術(shù)被社會普遍接受，并展開了深入研究。

2自然衰減的定義及分類

基于已有的研究對自然界生物降解作用的認識，美國國家研究委員會（NationalResearchCouncil，NRC）在1993年首次對內(nèi)在生物修復(fù)和工程生物修復(fù)做了界定。內(nèi)在生物修復(fù)是僅依靠自然界內(nèi)在的微生物作用來修復(fù)污染地下水，而工程生物修復(fù)是利用人為干涉來促進地下水系統(tǒng)中生物作用[3]。1996年，美國環(huán)?？偩謱ψ匀凰p下的定義為：能夠有效降低污染物的毒性和數(shù)量、控制污染物的遷移，以達到保護人類健康和生態(tài)環(huán)境的生物降解、彌散、稀釋、吸附、揮發(fā)、化學(xué)和生物化學(xué)作用[4]。

根據(jù)對污染物的破壞程度，這些自然發(fā)生的過程可歸為兩大類[5]：

（1）非破壞性過程：指對流、彌散、稀釋、吸附和揮發(fā)等。這些作用雖然可以改變污染物在地下水中的濃度，但對污染物在環(huán)境中的總量沒有影響，污染物的危害仍然存在。

（2）破壞性過程：包括生物降解、化學(xué)降解。這些作用使污染物不但濃度降低，而且結(jié)構(gòu)破壞。其中化學(xué)轉(zhuǎn)化不能徹底分解有機化合物，其產(chǎn)物的毒性有可能更大；而生物降解是唯一將污染物轉(zhuǎn)化為無害產(chǎn)物的作用。對于有機污染物的自然衰減，其中最重要的是生物降解作用，因此自然衰減也通常被稱作“內(nèi)在生物修復(fù)或被動生物修復(fù)”。

3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

上世紀80年代，為了評價和監(jiān)測地下水中石油烴污染，歐美國家作出了巨大努力。普遍觀察到，地下水中石油烴污染暈隨時間變化而停止了擴展，推測存在一種動力穩(wěn)定狀態(tài)。最有說服力的例子是，位于明尼蘇達州北部BemidjiTown附近的原油泄漏地，1979年，油管破裂導(dǎo)致1670m3原油被泄漏到地面上，一年之后，油向下遷移并在地下水水面上形成一個漂浮的透鏡體[6]。在這個場地建立了觀測孔，監(jiān)測工作從80年代到90年代，一個溶解烴的污染暈（主要是BTEX化合物）從透鏡體向下游發(fā)展，然而到1985年，BTEX污染暈在距離透鏡體僅150m的下游停止了擴散。后來的研究表明，溶解烴淋濾進入地下水的速率與生物需氧、厭氧降解烴的速率之間出現(xiàn)了動力穩(wěn)定（平衡）狀態(tài)[7]。1985年以后，BTEX污染暈的位置與體積沒有出現(xiàn)明顯的變化。

Barker等人[8]報道了關(guān)于BTX的試驗研究成果，通過往淺層砂質(zhì)含水層注入1800升BTX化合物，含有苯（2.4mg/L）、甲苯（1.8mg/L）、對-二甲苯，間-二甲苯和鄰-二甲苯（均為1.1mg/L）和氯化物（濃度為1280mg/L）的地下水，其中氯是示蹤劑，進行了一年半的監(jiān)測。結(jié)果表明：苯和甲苯在擴散相對位置上，具有與氯相似的擴散暈，但是，苯和甲苯暈的范圍逐漸減小，且以甲苯減小速率最快，到108天，苯的擴散與氯相比明顯減少，而甲苯已經(jīng)消失。試驗還表明含水層顆粒吸附BTX以及生物降解作用的可能性，且是主要的凈化過程。這個結(jié)果在室內(nèi)模擬試驗上也得到了證實。因此，用“自然衰減”一詞來描述包含彌散、擴散、吸附和生物降解這樣一個混合的、能夠?qū)е挛廴疚餄舛认陆档倪^程。類似地，Chiang等人[9]指出一個氣體廠下面的污染含水層在3年時間內(nèi)，苯的質(zhì)量出現(xiàn)明顯的損耗，其原因是自然衰減作用的結(jié)果。

在加里福利亞州，對一個更大的擁有7167口市政供水井的場地研究表明，場地在汽油泄漏進入地下水系統(tǒng)期間，苯的檢出只有10口井。這項研究得出結(jié)論，認為生物降解作用消耗了BTEX化合物，由此保護了加州地下供水水源地免遭石油烴污染。基于地下水系統(tǒng)中土著微生物的作用，自然衰減監(jiān)測已成為許多石油產(chǎn)品污染地下水場地優(yōu)先考慮的修復(fù)技術(shù)。

在我國，針對石油烴污染地下水問題的研究起步于上世紀90年代，由清華大學(xué)牽頭，在山東淄博市開展了石油烴污染地下水的大調(diào)查，并帶動了該領(lǐng)域研究的進展。然而，現(xiàn)有的針對地下水中苯系物內(nèi)在生物修復(fù)的研究報道不多。李宇華等人[10]提取了地下水中存在自然凈化苯的反硝化菌，為進一步研究苯的自然衰減規(guī)律奠定了基礎(chǔ)。

陳余道等人[11]根據(jù)現(xiàn)場水文地球化學(xué)證據(jù)，提出地下水中苯的歸宿與生物降解有關(guān)，并提出了反硝化去除地下水中苯的修復(fù)建議；通過向?qū)嶒炇覝\層含水層模型投注汽油污染物，陳余道等人[12]根據(jù)污染物濃度衰減與電子受體的消耗，認為含水層中存在需氧條件與硝酸鹽還原條件下的BTEX自然衰減過程。

4結(jié)語

采用原位生物修復(fù)技術(shù)對地下污染物進行處理比采用將污染物提取出來然后再處理的方法耗時少。而且與其它技術(shù)相比，該技術(shù)所需費用也較低。同時該技術(shù)所能處理的區(qū)域范圍要比其它方法大，因為微生物可以隨著污染物的移動而移動，從而達到其它方法都無法到達的區(qū)域。

不應(yīng)該將自然衰減誤認為是一種“什么也不用做”就能凈化水土的方法；在利用自然衰減作用修復(fù)污染場地時，應(yīng)該充分了解污染場地中污染物的衰減效率、衰減機理，掌握污染物在污染場地中的自然衰減過程，有效調(diào)控，達到去除有機污染物的目的。

參考文獻

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[8]Barker,J.F.,Patrick,G.C.,Major,D.Naturalattenuationofaromatichydrocarbonsinashallowsandaquifer.GroundWaterMonitor.Rev,1987,7,64-71.

[9]Chiang,C.Y.,Salanitro,J.P.,Chai,E.Y.,etal.Aerobicbiodegradationofbenzene,toluene,andxyleneinasandyaquifer-dataanalysisandcomputermodeling.GroundWater,1989,27(6):823-834.

[10]李宇華，張旭，李廣賀，等.苯污染地下水系統(tǒng)反硝化菌分布及其凈化過程.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2005，6(6):12-15.

[11]陳余道，朱義年，蔣亞萍，等.汽油污染含水層中芳香烴的自然去除與生物降解特征.地球化學(xué)，2004，33(5):515-520.

[12]陳余道，朱學(xué)愚，劉建立.淄博市大武水源地地下水中苯的歸宿與治理建議.科學(xué)通報，1998，43(1):81-85.