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1、从本学科出发，应着重选对国民经济具有一定实用价值和理论意义的课题。课题具有先进性，便于研究生提出新见解，特别是博士生必须有创新性的成果简论地下水污染自然衰减研究进展摘要：监测自然衰减法作为地下水污染修复的一种可选方法已得到普遍认可，执行监测自然衰减法之前必须进行自然衰减有效性评价。综述了国内外地下水污染自然衰减研究进展，特别是我国在污灌区水土污染自然衰减研究进展，介绍了在不同土地利用下厚近30 m包气带和地下水在微生物学、分子生物学、氮同位素等方面取得的最新研究成果。关键词：自然衰减;地下水;包气带;污灌区Research Advances on Natural Attenuation of
2、Groundwater ContaminationZHANG Cui-yun, ZHANG Sheng,YIN Mi-ying,MA Lin-na,HE Ze,NING Zhuo(The Institute of Hydrogeology & Environmental Geology,Chinese Academy of Geology Sciences,Shijiazhuang ,China)Abstract:Monitored natural attenuation is an optional remediation method for contaminated groundwate
3、r,which has been commonly is necessary to evaluate effectiveness of natural attenuation before implementing monitored natural this paper,it was reviewed for international and domestic research advances on natural attenuation for contaminated groundwater,focusing on natural attenuation for the vadose
4、 zone and groundwater in the wastewater irrigation area,the southern findings were introduced on microbiology,molecular biology and nitrogen isotopes in near0 m thick vadose zones and groundwater under different land uses.Key words: natural attenuation;groundwater;the vadose zone;the wastewater irri
5、gation area 地下水污染已成为一个全球性的环境问题。水短缺和水污染等同于气候变化被列入21世纪最紧急的环境议题。地下水既是主要的饮用水源，也是灌溉和工业用水水源。近几十年的经济快速发展和人口剧增,使地下水遭受不同程度的污染1-3。污染物主要包括：石油烃、有机溶剂，杀虫剂、重金属，硝酸盐，放射性核素和氰化物等。污染源主要是工农业和生活排放的污水、地下储油罐的泄漏、垃圾渗滤液、农业上施用的化肥、使用的杀虫剂和污水灌溉等。对已污染的地下水，传统的修复方法是抽出-处理法，即通过抽水井将污染的地下水从含水层中抽到地面，再送到水处理厂处理,处理后的水回灌到地下或作其它用途。这种方法的缺点是需要抽
6、出大体积的水和地面处理设施，成本很高；对一些比水轻或比水重的污染物或溶解性低的污染物很难从含水层中抽出,导致修复结果达不到规范要求的修复标准。结果人们转向成本较低，效果更好的原位修复法。监测自然衰减法就是其中的一种修复方法4。监测自然衰减法是利用污染场地天然存在的自然衰减作用使污染物浓度和总量减小，在合理的时间范围内达到污染修复目标的一种地下水污染修复方法。自然衰减作用包括对流、弥散、稀释、吸附、沉淀、挥发、化学反应和生物降解作用，其中对流、弥散、稀释、吸附、沉淀、挥发等作用是浓度的稀释，或是一种相转移到另一种相，污染物仍然存在，属非破坏性作用；纯化学的转化一般很少见，过程也很缓慢，更常见的是
7、有微生物参与的生物降解作用，这种作用可将污染物转化为无害物质，属破坏性作用，是污染物真正的去除作用。因此，生物降解作用是非常重要的自然衰减作用。污染物的自然衰减存在于任何一个污染场地，但是自然衰减强度不尽相同，取决于污染物性质和地下环境条件。对一个具体的污染场地，地下水污染修复是否采用监测自然衰减法修复需要调查评价。通过野外和室内物理、化学、生物调查获得有关数据，进行自然衰减有效性评价，包括污染场地水文地质条件评价，提供生物自然衰减正在发生的证据，估计污染物衰减速率和衰减容量，预测修复达到目标所需的时间等5。1 国外研究进展20世纪50年代初，Zobell(1950)6发现脂肪烃对生物降解作用
8、很敏感。后来的实验研究描述了更复杂的环烃和芳香烃的生物降解机制，直到80年代中期，科学家获得石油烃能够在有氧和无氧的地下环境发生生物降解， 这个发现促进了控制石油烃自然衰减的环境机制研究。90年代中初期，几个经验性的研究结果表明，污染物自然衰减的作用主要是生物降解作用。调查结果显示，在美国1 000多个燃料油泄漏场地中只有8%的地下水污染晕正在扩展，大部分处于稳定状态，或污染晕长度不超过75m7。1997年，德克萨斯大学对德克萨斯州605个石油烃污染场地的统计分析结果表明，75%的场地地下水中苯污染晕长度也小于7m，只有3%的场地污染晕正在扩展；尽管60%的场地在800 m半径内有公共供水井或
9、家庭自备井，但是只有不到5%的井受到威胁。他们认为主要是自然衰减有效地修复了大部分受石油烃污染的地下水。采用监测自然衰减法进行修复的污染物， 在20世纪90年代初主要用于容易生物降解的有机污染物，如地下储油罐泄漏的汽油以及其它燃油、石油管道破裂泄漏的石油烃和工业上广泛使用的有机氯溶剂等。随后处理的污染物种类越来越多，如可通过放射性衰变处理的核废料，可通过吸附、沉淀等作用固化的重金属， 也用于具有复杂混合污染物的垃圾渗滤液、处理后的废水渗滤液以及军事基地处理的炸药TNT、林业上使用的木头防腐剂、农业上使用的杀虫剂等5。监测自然衰减法作为一种有效的修复方法已开始在世界范围内得到应用。在美国密歇根州
10、原受石油烃和有机氯溶剂污染的某空军基地，监测资料表明地下污染区正在进行降解作用；美国费尔班克斯州某乡村受有机氯污染的含水层，其生物降解速率很慢，而稀释作用是天然降解的主要机制；在丹麦浅层砂质含水层中，已采用这种方法观测地下水中除草剂的衰减情况；在挪威的一个飞机燃料泄漏场地，这种方法用于观测污染物的自然生物降解作用。目前，在美国，受污染场地的47%已采用监测自然衰减进行修复。而且，自然衰减评价已成为污染场地采取工程修复之前必须执行的一项法规。在过去的十多年，许多国家和机构编制了技术指南，针对的污染物主要是石油烃和有机氯溶剂，少数是无机污染物、汽油添加剂MTBE。如美国空军发表了第一份污染场地汽油
11、自然衰减实施的技术方案，在美国环保署、美国空军、美国地调局等机构共同努力下完成了评价有机氯的自然衰减技术方案，英国出版了地下水污染物自然衰减监测评价指南，荷兰编制了有机氯溶剂的自然衰减可持续评价方案，美国环保署发布了MTBE监测自然衰减指南和无机污染物监测自然衰减指南。国内研究进展近十多年来，我国也开展了自然衰减有关研究。采用室内试验和野外取样分析方法，研究自然衰减降解机制，估算降解速率等。研究的污染场地有：山东淄博地区石油烃污染场地、北京地区和苏锡常地区污染调查区、北京市北天堂垃圾填埋场、鄂尔多斯采油区石油污染场地和保定某废弃化工厂污染场地以及污水灌溉区等。污染物类型主要有石油烃8-10、乙
12、醇混合汽油11-12、柴油13、有机氯溶剂14-16和垃圾渗滤液17-19等。下面着重介绍中国地质科学院水文地质环境地质研究所在石家庄市南部污灌区水土污染自然衰减调查评价取得的研究进展。污水灌溉是一种常见的农业活动。据估计，目前至少有50个国家约000万hm2的耕地使用未处理或部分处理的污水进行灌溉20-21,其中我国污水灌溉面积为36184万hm2(以1995年计)，占我国总灌溉面积的733%22。利用污水灌溉,可为农民提供稳定的水源，给作物提供所需的N、P、K等营养和有机物。但是污水也含有各种有机和无机污染物，长期持续污灌，将导致土壤、作物和地下水污染。一些地区的调查结果显示，污灌区地下水
13、已受到有机和无机污染23-26，严重威胁当地居民健康和环境。污水灌溉导致污染物在土壤中积累，并向下运移，污染包气带和地下水。在污灌区能否采用监测自然衰减进行地下水污染修复，需要进行自然衰减调查评价。生物降解作用是污染物真正去除的自然衰减作用，证明生物降解作用的发生，国际上的研究进展是，除了常规的野外取样化学分析、室内污染物降解试验和微生物培养鉴定外，还利用新颖的同位素技术提供直接证据，利用分子生物学技术提供污染物降解的微生物群落结构。包气带是连接地表土壤和地下水的纽带，通常是污染物进入地下水的必经途径，调查包气带在内的地下水系统污染物自然衰减作用，对了解包气带对地下水的保护作用和某些污染物进入
14、地下水机制具有重要意义。因此， 已采用传统的微生物培养技术、现代分子生物学技术和氮同位素技术等对石家庄市南部污灌区厚近30 m的包气带和地下水污染自然衰减进行调查评价。结果显示,微生物在蔬菜种植区和污水灌溉区厚层包气带剖面上的丰度、分布和多样性不均匀，与地层结构、农业活动和水位变动等因素有关；厚层包气带整个剖面和地下水都具有有机污染物生物自然衰减的潜力；分子生物学图谱直观地显示出污灌区厚层包气带和地下水微生物多样性，DNA测序进一步鉴定出厚层包气带沉积物19种已知菌，33种不可培养菌，4个新种，而在地下水中鉴定出11种已知菌，22种不可培养菌，没有新种发现； 氮同位素分析结果显示,土壤层下部深
15、部包气带和地下水没有或很少有反硝化作用的发生；包气带下部没有反硝化作用发生的意义是，流入下部包气带的-不会由于反硝化作用而衰减；研究区地下水-污染严重，且没有衰减趋势。 根据氮同位素分析结果，污灌区地下水-污染源主要是灌溉的污水和粪便，分别占74%和26%。结语监测自然衰减法是一种经济、对环境破坏较小的污染修复法。该方法已得到国际上的普遍认可。我国在石油烃、有机氯溶剂、垃圾淋滤液和污水灌溉等污染场地自然衰减研究取得重要进展。为方便用户进行污染场地自然衰减调查评价，建议尽快编制有关的技术指南；对业已发现的污染场地，在采取工程修复之前必须进行自然衰减调查评价。参考文献:1 Burkart ,Sto
16、ner in aquifers beneath agricultural systemJ.Water Sci ,56(1):59-69.2 Spalding ,Exner ,Lindau,et of sources of groundwater nitrate contamination in the Burbank-Wallula area of Washington,J.1982,58:307-324.3 Zhang ,Tian ,Zhang N.,et pollution of groundwater in Northern ChinaJ.Agric Ecosyst ,59:223-231.4 WiedemEier ,Rifai ,Newell ,et Attenuation
