4 地下水监控自然衰减法

　　地下水监控自然衰减法

　　4.1 定义

　　地下水监控自然衰减法(Groundwater Monitored Natural Attenuation,MNA)，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。1999年，美国环保署对监测自然衰减的定义为：在无认人为的干预下，因场地自然发生的物理、化学及生物作用，包含生物降解、弥散、稀释、吸附、挥发、放射性衰减以及化学性或生物性稳定等，从而使土壤和地下水中污染物的数量、毒性、移动性、体积或浓度，降低到足以保护人体健康和自然环境的水准。该方法已在国际上得到普遍认可。

　　4.2 技术原理

　　通过实施有计划的监控策略，依据场地自然发生的物理、化学和生物作用，使得地下水和土壤中污染物的暴露风险控制到可接受水平。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。如图5-11，可处理的污染物类型：碳氢化合物(如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、石油烃、多环芳烃、MTBE(甲基叔丁基醚)、氯代烃、硝基芳香烃、重金属类、非金属类（砷、砸)、含氧阴离子(如硝酸盐、过氯酸)等。

　　4.3 系统构成

　　1、监测井网系统

　　能够确定地下水中污染物在纵向和垂向的分布范围，确定污染羽是否呈现稳定、缩小或扩大状态，确定自然衰减速率是否为常数，对于敏感的受体所造成的影响有预警作用。监测井设置密度（位置与数量）需根据场地地质条件、水文条件、污染羽范围、污染羽在空间与时间上的分布而定，且能够满足统计分析上可信度要求所需要的数量。

　　2、监测计划

　　主要监测分析项目需集中在污染物及其降解产物上。在监测初期，所有监测区域均需要分析污染物、污染物的降解产物及完整的地球化学参数，以充分了解整个场地的水文地质特性与污染分布。后续监测过程中，则可以依据不同的监测区域与目的，做适当的调整。地下水监测频率在开始的前两年至少每季度监测一次，以确认污染物随着季节性变化的情形，但有些场地可能监测时间需要更长（大于2年）以建立起长期性的变化趋势；对于地下水文条件变化差异性大，或是易随着季节有明显变化的地区，则需要更密集的监测频率，以掌握长期性变化趋势；而在监测2年之后，监测的频率可以依据污染物移动时间以及场地其它特性做适当的调整。

　　3、监控自然衰减性能评估

　　评估监测分析数据结果，判定MNA程序是否如预期方向进行，并估MNA对污染改善的成效。MNA性能评估依据主要来源于监测过程中所得到的检测分析结果，主要根据监测数据与前一次（或历史资料）的分析结果做比对。主要包括：

　　（1）自然衰减是否如预期的正在发生；

　　（2）是否能监测到任何降低自然衰减效果的环境状况改变，包括水文地质、地球化学、微生物族群或其它的改变；

　　（3）能判定潜在或具有毒性或移动性的降解产物；

　　（4）能够证实污染羽正持续衰减；

　　（5）能证实对于下游潜在受体不会有无法接受的影响；

　　（6）能够监测出新的污染物释放到环境中，且可能会影响到MNA修复的效果；

　　（7）能够证实可以达到修复目标。

　　4.4 可行性评估程序

　　1、建立地下水污染场地MNA概念模型，并根据不同污染物类型的污染场地，确定待定的场地监测目标和MNA标准控制。通过水文地质勘探和土工试验等，获取所需的水文地质参数、土壤化学相关参数，用地下水三维数值模型[MODFLOW(MT3D/RT3D]预测污染羽流在自然降解等多种因素下的变化区域污染物的归趋、通过现场踏勘确定污染受体，在总结上述参数的基础上建立地下水污染场地MNA概念模型。

　　2、根据场地概念模型和数值模拟结果，确定现场监测网络，包括监测位置、监测方式、监测参数、监测频率等。

　　3、根据修复目标确定MNA修复技术的可行性。通过实际检测或室内实验确定自然衰减的主要影响因素。通过室内模拟柱实验和现场监测确定MNA修复技术的可行性。监测的一般条件包括温度、pH值、溶解氧、毒性化合物的存在、污染物的可利用程度、电子供体和电子受体的比例等；监测的特定条件是指氧化还原条件、降解性微生物的存在等。

　　4、强化自然衰减修复地下水污染物方案。确定自然衰减的主要机理和影响效率，在此基础上，提供相应微生物降解所需的电子供体、电子受体和营养物质。

　　5、建立地下水污染MNA修复技术可行性评估程序。

　　4.5 技术的优缺点

　　优点

　　1、在内部生物修复期间，污染物最终能被转化成无毒无害的副产物（如CO2、H2O等），而不仅仅将污染物转变成其他相或者转移到另一个地方；

　　2、无须人为介入的，不需要设备的安装和维护；

　　3、不会涉及到废物的重新产生和迁移，易迁移的毒性大的化合物往往最易生物降解；

　　4、相较于其他工程修复技术，总费用较低；

　　5、对污染场地周围环境无破坏性，克服机械化修复设施所带来的局限（例如：不存在设备停工期）。

　　缺点

　　1、需要时间很长；

　　2、需要进行长期监测并负担相关费用，还需要实施机构的负责；

　　3、受当地的水文地质条件的自然变化及人为因素的影响；

　　4、有利的水文和地球化学条件可能随着时间而发生变化，从而导致曾经稳定化了的污染物重新发生运移，对修复成果产生负面的影响；

　　5、含水层的各向异性可能使场地特征复杂化；

　　6、生物降解的中间产物可能会比原来的化合物更毒。

　　4.6 技术应用

　　美国超级基金场地地下水修复技术统计结果显示，从1986年，监控自然衰减技术逐年增加。在2005-2008年实施修复的164个场地中，应用监控自然衰减技术的比例高达56%，其中单独使用的场地有21%。主动修复和被动修复自然衰减技术配套使用已成为地下水污染修复的发展趋势，配套监控自然衰减的技术路线有抽出处理（场地占10%），原位处理（场地占17%），原位处理、抽出处理（场地占8%）。

　　监控自然衰减技术在我国地下水环境的治理中还处于萌芽阶段，尚无工程应用案例。