宋 剛，岳豪康，李恒超，鐘貴莉

(成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川 成都 610059)

地下水資源是人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活的理想水源，目前中國(guó)約有60%以上的地區(qū)將地下水作為重要供水水源[1]。但由于地下水的隱蔽性和自?xún)裟芰θ?，使得受污染的地下水恢?fù)難度大，成本高。目前我國(guó)有近九成的城市下水受到污染，其中大中型城市有超過(guò)六成地下水污染嚴(yán)重，地下水污染的修復(fù)顯得尤為重要[2]。

目前地下水污染修復(fù)方法主要可分為自然衰減、異位修復(fù)技術(shù)和原位修復(fù)技術(shù)。自然衰減周期長(zhǎng)，見(jiàn)效慢。異位修復(fù)技術(shù)是將受污染地下水抽至地表，再處理后回灌含水層。但在修復(fù)后期，效率會(huì)降低，并且常遇到污染物“回彈”與“拖尾”等問(wèn)題[3-4]。相對(duì)于異位修復(fù)技術(shù)，原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞原有土體結(jié)構(gòu)及地下水自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，對(duì)受污染地下水進(jìn)行原地修復(fù)的方法。有空氣注入技術(shù)、地下水循環(huán)井技術(shù)、原位化學(xué)氧化還原技術(shù)、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)等[5]。原位修復(fù)技術(shù)中，地下水循環(huán)井技術(shù)因其對(duì)含水層結(jié)構(gòu)破壞小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、形成的地下水環(huán)流場(chǎng)可控制去除污染范圍，在國(guó)外已廣泛應(yīng)用。

1 地下水循環(huán)井技術(shù)的發(fā)展及分類(lèi)

1.1 地下水循環(huán)井技術(shù)的發(fā)展

地下水循環(huán)井技術(shù)(Groundwater Circulation Well,簡(jiǎn)稱(chēng)GCW)又稱(chēng)井內(nèi)蒸汽汽提，是一種發(fā)展中原位修復(fù)技術(shù)。其作用機(jī)理是地下水中的揮發(fā)性污染物通過(guò)上升的氣泡從溶解相轉(zhuǎn)移到氣相，含有污染物的氣相分離出地表再處理，或通過(guò)原位生物技術(shù)在井內(nèi)、井外降解。

GCW最早始于1974年Raymond的原位微生物修復(fù)實(shí)驗(yàn)，是為去除碳?xì)浠衔锒_(kāi)發(fā)。隨后德國(guó)的IEG Technologies Cooporation增加了井中處理單元，研發(fā)出特殊的過(guò)濾器減緩堵塞，在1986年GCW被歐洲廣泛應(yīng)用于土壤和地下水的處理。1992年斯坦福大學(xué)的研究人員提出將地下水循環(huán)原理與空氣汽提相結(jié)合。后經(jīng)不斷優(yōu)化循環(huán)井結(jié)構(gòu)，改進(jìn)循環(huán)方式，并對(duì)GCW地下水流場(chǎng)的解析解進(jìn)行研究，有效促進(jìn)了循環(huán)井場(chǎng)地應(yīng)用的發(fā)展[6]。

GCW技術(shù)使用潛水泵調(diào)節(jié)空氣和水的比例，保持最佳的氣水比，以最大限度地提高曝氣效率[7]。GCW技術(shù)還具有高度靈活性，可與生物修復(fù)、表面活性劑等技術(shù)聯(lián)用擴(kuò)大GCW技術(shù)去除污染范圍。目前GCW技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于初步引進(jìn)階段，還不成熟，需要在設(shè)計(jì)和去除效率方面繼續(xù)改進(jìn)。

1.2 地下水循環(huán)井技術(shù)的分類(lèi)

地下水循環(huán)井技術(shù)按照循環(huán)井形成環(huán)流的方式可分為：機(jī)械泵式和氣提式。

機(jī)械泵式循環(huán)井是在井內(nèi)或井外安裝機(jī)械泵，利用機(jī)械泵抽力在含水介質(zhì)內(nèi)提取并回灌地下水形成環(huán)流。按照環(huán)流方向的不同又可分為標(biāo)準(zhǔn)模式和反循環(huán)模式，詳細(xì)見(jiàn)圖1。標(biāo)準(zhǔn)模式是地下水從循環(huán)井上部篩管注入，從循環(huán)下部篩管抽取，形成的下抽上注式環(huán)流，適于處理比水重的污染物。反循環(huán)模式是地下水從循環(huán)井上部篩管處抽取，從循環(huán)下部篩管注入，形成的上抽下注式環(huán)流，適于處理比水輕的污染物。

圖1 機(jī)械泵式循環(huán)井的兩種循環(huán)模式

圖2 曝氣井工作原理

氣提式循環(huán)井，又稱(chēng)曝氣井，其機(jī)理圖2所示是通過(guò)曝氣泵向井底注入空氣，井內(nèi)空氣與地下水混合形成的水氣混合物與井外形成密度差，使井內(nèi)密度較小的水氣混合物上升至井頂部的水氣分離處，之后氣體會(huì)溢散出含水層，上升的地下水則會(huì)返回含水層，由此形成環(huán)流。在這個(gè)過(guò)程中地下水中的揮發(fā)性污染物會(huì)進(jìn)入氣泡分離處理?？梢?jiàn)污染物自身的物理性質(zhì)是曝氣井去除效果影響因素之一，如遷移性越好、揮發(fā)性越強(qiáng)的物質(zhì)越易處理。

2 地下水循環(huán)井的理論研究

在我國(guó)GCW處于起步階段，理論研究缺乏通用性的成果。GCW系統(tǒng)的的研究分為數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)?zāi)M。數(shù)學(xué)模型主要研究GCW作用下的水動(dòng)力場(chǎng)規(guī)律，即為不同參數(shù)下的GCW在不同邊界含水層條件下水流和溶質(zhì)的運(yùn)移、衰減規(guī)律，可用于優(yōu)化GCW的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高工作效率。實(shí)驗(yàn)?zāi)M主要研究利用GCW靈活性的特點(diǎn)，將環(huán)流井技術(shù)和其他修復(fù)手段結(jié)合，去除不同類(lèi)型不同組合污染形式的能力，擴(kuò)大環(huán)流井技術(shù)的修復(fù)范圍，提升修復(fù)能力。

2.1 GCW數(shù)學(xué)模型的發(fā)展

GCW數(shù)學(xué)模型的早期研究是為了在不抽取大量地下水的情況下測(cè)量一些重要的水文地質(zhì)參數(shù)，利用GCW單井系統(tǒng)井腔的穩(wěn)態(tài)流體壓降，求出均質(zhì)各向異性含水層的水平和垂向水力傳導(dǎo)系數(shù)、儲(chǔ)水系數(shù)等[8]。對(duì)較大規(guī)模含水層的水平和垂向水力傳導(dǎo)系數(shù)，可利用GCW的雙井系統(tǒng)公式精確測(cè)量[9-10]。而后隨著GCW被廣泛應(yīng)用于污染物的去除，研究的重心也更偏向于循環(huán)井工作時(shí)含水層中的水流狀態(tài)，促進(jìn)了GCW技術(shù)的場(chǎng)地應(yīng)用。

1993年A.J.DESBARATS[11]采用數(shù)值-經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究了非均質(zhì)承壓含水層中抽灌雙井系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)流。但該穩(wěn)態(tài)流的解析解是無(wú)側(cè)向徑流條件下的數(shù)學(xué)模型，局限了解析解的使用范圍。針對(duì)這一問(wèn)題，Peter Indelman[12]于1997年建立了非均質(zhì)分層含水層中非均勻流的數(shù)學(xué)模型，用于計(jì)算單井結(jié)構(gòu)作用下，非均勻流下的非均質(zhì)含水層中的平均水頭分布。雖然該數(shù)學(xué)模型考慮了側(cè)向徑流對(duì)GCW形成流場(chǎng)的影響，但仍有諸多問(wèn)題需要研究，如非達(dá)西流對(duì)GCW流場(chǎng)的影響、非均勻流下的雙井系統(tǒng)、表皮效應(yīng)對(duì)GCW的影響等。

之后為了更好地研究GCW的水流情況，采用示蹤劑試驗(yàn)追蹤含水層水顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，但過(guò)去對(duì)于示蹤劑試驗(yàn)的解析解局限于含水層縱向彌散度不足化學(xué)追蹤劑移動(dòng)距離的十分之一情況，并且在建立解析解的過(guò)程中大多忽略水平彌散度對(duì)結(jié)果的影響。針對(duì)這一問(wèn)題，詹益杰(2007)建立一個(gè)新的數(shù)學(xué)模型可以更加精確得描述GCW中的化學(xué)試劑濃度分布，計(jì)算含水層水平、垂向水力傳導(dǎo)系數(shù)，以及均質(zhì)含水層的各向異性比[13]。

為了更好地研究不同因素對(duì)GCW的影響，Kun Tu(2019)[14]基于達(dá)西流，利用拉普拉斯變換和傅立葉余弦變換，建立單井循環(huán)系統(tǒng)的通用分析模型，得出單井循環(huán)流體瞬態(tài)壓降的解析解和穩(wěn)態(tài)條件下的解析解，但GCW附近往往存在非達(dá)西流。單井循環(huán)系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中由于井體抽、注篩管附近的水力梯度和水流流速高的原因，使得抽、注篩管附近很容易形成非達(dá)西流。而目前關(guān)于井類(lèi)非達(dá)西流的研究大多集于完整井和非完整井系統(tǒng)上，因此為了將GCW單井循環(huán)系統(tǒng)的達(dá)西定律解析解推廣到非達(dá)西流動(dòng)條件。Kun Tu(2020)[15]提出一個(gè)描述單井循環(huán)地下水源熱泵系統(tǒng)承壓含水層中非達(dá)西流引起的瞬變水位下降的分析模型，探究在含水層具有一定比流量時(shí)，抽注水功率、徑向水力傳導(dǎo)系數(shù)、含水層比儲(chǔ)存量和密封段長(zhǎng)度對(duì)流體壓降的影響。GCW數(shù)學(xué)模型發(fā)展的對(duì)比見(jiàn)表1。

2.2 GCW有效范圍的研究

GCW的有效范圍直接影響去除污染的范圍，因此GCW的有效范圍及其影響因素一直是GCW的研究重點(diǎn)。JA Cunningham[16]提出了均勻含水層中“一抽一灌”雙井系統(tǒng)對(duì)污染物羽狀流捕獲寬度的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過(guò)近似解的方式對(duì)GCW雙井系統(tǒng)處理羽狀污染物的范圍進(jìn)行定量分析。Jian Luo[17]開(kāi)發(fā)了一個(gè)半解析方案來(lái)評(píng)估不同類(lèi)型的再循環(huán)流在具有任意方向均勻區(qū)域流情況下，抽灌雙井系統(tǒng)中再循環(huán)區(qū)域的流體停留時(shí)間(即流體從注水篩管到抽水篩管的時(shí)間)。流體停留時(shí)間越短，GCW的環(huán)流周期就越短，對(duì)水體的提取效率就越高，對(duì)GCW環(huán)流周期具有特定要求的工況有一定的指導(dǎo)意義。但該半解析方案也有局限性，該方案建立在封閉的均質(zhì)各向異性的理想含水層，不太符合含水介質(zhì)實(shí)際情況，缺少對(duì)非均質(zhì)、非承壓含水層中單井系統(tǒng)的探討。

對(duì)于抽灌雙井系統(tǒng)，其有效范圍區(qū)域位于兩口井之間的再循環(huán)區(qū)域。張帥[18]認(rèn)為雙井系統(tǒng)的回收率是GCW修復(fù)效率的指標(biāo)。于是基于二維流場(chǎng)的理論基礎(chǔ)上給出了“一抽一灌”雙井系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)回收率的解析解，為雙井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。但該理論存在一定的局限性，該回收率的解析解模型僅適用于“一抽一灌”雙井系統(tǒng)，對(duì)單井系統(tǒng)或由抽灌一體單井組成的雙井系統(tǒng)并不適用，還不適用實(shí)際生產(chǎn)中的非均勻側(cè)向徑流的非均質(zhì)含水層。并且實(shí)際含水層還有垂向的大氣降水補(bǔ)給、越流補(bǔ)給、排泄邊界等情況，這些也是需要考慮的因素。

表1 GCW數(shù)學(xué)模型發(fā)展的對(duì)比

2.3 表皮效應(yīng)對(duì)GCW的影響研究

實(shí)際工程應(yīng)用中，循環(huán)井在建造時(shí)需要在井外填裝導(dǎo)水材料。井外的導(dǎo)水材料區(qū)域會(huì)形成表皮效應(yīng)區(qū)，可能會(huì)導(dǎo)致井室的顆粒路徑發(fā)生“短路”[19]，影響循環(huán)井環(huán)流流場(chǎng)。表皮效應(yīng)會(huì)影響GCW形成的環(huán)流流線，進(jìn)而影響GCW的作用范圍，使得利用GCW求解的含水層參數(shù)不準(zhǔn)確。但目前表皮效應(yīng)對(duì)GCW影響的研究較少。為了研究表皮效應(yīng)對(duì)GCW的影響因素，Qinggao Feng[20]對(duì)有限厚度表皮區(qū)的承壓含水層中部分滲透井的非達(dá)西流進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)表皮類(lèi)型和表皮厚度對(duì)表皮區(qū)的流體壓降影響較大，而對(duì)地層區(qū)的流體壓降影響不大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)邊界、各向異性等因素對(duì)表皮效應(yīng)也有一定的影響。為了研究表皮效應(yīng)對(duì)流線的具體影響，D.V. Peursem(1999年)[21]利用勢(shì)理論和斯托克斯流函數(shù)推導(dǎo)了無(wú)側(cè)向徑流條件下，均質(zhì)各向異性含水層中單井循環(huán)工作時(shí)的水位下降和流線的解析解模型公式。用于分析均質(zhì)各向同性表皮區(qū)的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)表皮區(qū)的導(dǎo)水率比周?chē)畬拥膶?dǎo)水率大兩個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，表皮區(qū)在一定條件下，其影響可以不用考慮。目前表皮效應(yīng)對(duì)GCW的影響研究，大多基于均質(zhì)各向異性含水層，而實(shí)際含水介質(zhì)的情況更加復(fù)雜，可對(duì)非均勻側(cè)向流、非均質(zhì)各向異性含水層、具有垂向補(bǔ)給等條件下的表皮效應(yīng)進(jìn)行更加深入的研究。同時(shí)可量化表皮效應(yīng)對(duì)地下水循環(huán)井有效范圍的影響，指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。

綜上可見(jiàn)，GCW不僅可以用于去除含水層中的污染物，還可通過(guò)GCW求解含水介質(zhì)徑向和垂向水力傳導(dǎo)系數(shù)、各向異性比、儲(chǔ)水系數(shù)等重要水文參數(shù)。隨著GCW數(shù)學(xué)模型的發(fā)展，GCW結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，效率也不斷提高。但由于早期的GCW解析解探索過(guò)程中受制于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)發(fā)展的影響，數(shù)學(xué)模型的含水層條件大多局限于均質(zhì)各向異性、無(wú)側(cè)向徑流、排補(bǔ)條件單一、無(wú)表皮效應(yīng)。并且大多研究都假設(shè)的是達(dá)西流，但實(shí)際GCW多用于透水性較好的含水層，流速較大時(shí)會(huì)形成非達(dá)西流，而且GCW本身井體的抽水、注水篩管附近流速多為非達(dá)西流。

3 GCW技術(shù)的實(shí)驗(yàn)成果

3.1 GCW去除污染物及影響因素

傳統(tǒng)GCW主要用于處理?yè)]發(fā)性污染物，經(jīng)發(fā)展目前GCW可適用于氯化溶劑、碳?xì)浠衔锖蛽]發(fā)性污染物。但對(duì)于部分污染無(wú)論揮發(fā)性的強(qiáng)弱，在處理后期出現(xiàn)“拖尾”和“回彈”現(xiàn)象含水介質(zhì)污染濃度不降反升。如不易揮發(fā)的硝基苯，曝氣井在去除大部分污染物后會(huì)出現(xiàn)污染物“拖尾”。低揮發(fā)性有機(jī)物甲基叔丁基醚，曝氣井對(duì)其去除率最高可達(dá)96.4%，但出現(xiàn)“回彈”[22]。而具有良好揮發(fā)性的苯和萘污染，曝氣井可基本清除苯，揮發(fā)性較弱、遷移能力不強(qiáng)的萘去除率只達(dá)到64%，出現(xiàn)了明顯的“拖尾”現(xiàn)象[23-24]。其主要原因是污染物的揮發(fā)性和遷移性共同影響GCW效果。

GCW的修復(fù)效果受污染物性質(zhì)、含水介質(zhì)、井體結(jié)構(gòu)等因素的綜合影響。污染物性質(zhì)包括染物種類(lèi)、有機(jī)物揮發(fā)性、遷移性、是否可生物降解等，影響著污染物去除的難易程度；井體結(jié)構(gòu)包括曝氣井曝氣量、上下篩管間距、上下篩管有效長(zhǎng)度等，影響著GCW去除污染物的效率；含水介質(zhì)包括介質(zhì)的孔隙度、各向異性比、非飽和區(qū)厚度、鐵錳含量等，影響GCW井體結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇。如含水介質(zhì)的滲透性決定是否適用GCW，各向異性比影響著GCW運(yùn)行效果，鐵錳含量影響GCW是否容易被堵塞。

總體來(lái)看，傳統(tǒng)的GCW受多種因素的影響，因此具有良好靈活性的GCW在修復(fù)含水層時(shí)可以與其他技術(shù)聯(lián)用，填補(bǔ)自身短板。目前GCW與表面活性劑技術(shù)、生物技術(shù)、電修復(fù)技術(shù)聯(lián)用最為常見(jiàn)。

3.2 與表面活性劑聯(lián)用

非水相污染物(NAPL)是指不溶于水的液態(tài)污染物，可分為重非水相污染物(DNAPL)和輕非水相污染物(LNAPL)。而GCW中的曝氣井對(duì)遠(yuǎn)離曝氣井和在含水層底部的DNAPL難以處理，有嚴(yán)重的“拖尾”現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，將具有增溶和增流作用的表面活性劑與GCW結(jié)合處理NAPL，可以很好的解決“拖尾”。GCW形成的環(huán)流讓表面活性劑在含水層中擴(kuò)散，表面活性劑則使NAPL表面張力降低更容易被曝氣吹脫集中處理。如用Tween80作為表面活性劑降低萘和硝基苯溶液表面張力，使得的DNAPL污染物萘的去除率達(dá)到60%-70%，對(duì)硝基苯在提高去除率的同時(shí)極大改善了“拖尾”狀況[25-26]。

表面活性劑與GCW相互作用，極大改善了NAPL“拖尾”現(xiàn)象，但表面活性劑效果與含水層中的有機(jī)物濃度有關(guān)，當(dāng)增溶了一種極性有機(jī)物后,會(huì)使表面活性劑對(duì)另一種有機(jī)物的增溶程度降低，因此若含水介質(zhì)中有機(jī)物含量過(guò)高，則不宜適用表面活性劑。

3.3 與電修復(fù)技術(shù)聯(lián)用

傳統(tǒng)的GCW需要將氣態(tài)污染物提取至地表固化處理，可能產(chǎn)生二次污染。傳統(tǒng)的化學(xué)修復(fù)雖然可以直接處理污染物，但無(wú)法根據(jù)含水介質(zhì)中的污染物濃度變化而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)化學(xué)劑量。為了解決這些問(wèn)題，YUAN SongHu[27]將電解和GCW的雙井結(jié)構(gòu)結(jié)合，稱(chēng)之為EGCW技術(shù)(Electrolytic Groundwater Circulation Well)。在靜水條件下潛水含水層中，EGCW技術(shù)通過(guò)陽(yáng)極和陰極分別產(chǎn)生O2和H2，陽(yáng)極為好氧生物作用提供O2，陰極產(chǎn)生的H2則為厭氧生物提供還原環(huán)境。GCW則將電解產(chǎn)生的O2和H2擴(kuò)散，就地誘導(dǎo)生物降解三氯乙烯。結(jié)果顯示EGCW的污染物去除率可達(dá)73%，具有很好的應(yīng)用前景。另外EGCW還可以有效的改善污染物“拖尾”現(xiàn)象，比單獨(dú)運(yùn)行GCW時(shí)污染物去除率提高約10%[28]。

可見(jiàn)電修復(fù)技術(shù)和GCW技術(shù)的結(jié)合可以根據(jù)污染物濃度變化，控制生物降解的速率，對(duì)電極材料和活性要求不高，還可以有效緩解“拖尾”現(xiàn)象。但電修復(fù)與GCW結(jié)合的方法也存在缺點(diǎn)：(1)傳統(tǒng)GCW一直以來(lái)最常見(jiàn)的問(wèn)題是堵塞。而EGCW產(chǎn)生的亞鐵離子加上生物作用，大大加重了堵塞問(wèn)題；(2)電極會(huì)因陽(yáng)離子沉淀鈍化，增加成本。另外電解過(guò)程也有可能產(chǎn)生含氯副產(chǎn)物，造成二次污染。

3.4 與生物技術(shù)聯(lián)用

與GCW聯(lián)用最深，發(fā)展最成熟的是生物技術(shù)，二者聯(lián)用早在1998年就有過(guò)工程應(yīng)用。其機(jī)理主要是通過(guò)井內(nèi)原位生物反應(yīng)器來(lái)去除污染目標(biāo)，而非含水層內(nèi)的微生物群落。如在井內(nèi)安裝Pseudomonas miguiaeAN-1的生物膜組件后對(duì)硝酸鹽的平均去除率可達(dá)62%，且無(wú)二次污染[29-30]。同時(shí)，生物修復(fù)還彌補(bǔ)了GCW在半揮發(fā)的污染去除效果一般的缺點(diǎn)。王霄[31]以半揮發(fā)性的DNAPL苯胺作為去除目標(biāo)，結(jié)果顯示井內(nèi)生物反應(yīng)器的加入使去除率速率大大提高，并且無(wú)銨根等次級(jí)污染。

目前生物-GCW盡管發(fā)展較為成熟，但生物-GCW中多物種反應(yīng)運(yùn)移的理論尚未完全了解。針對(duì)這一問(wèn)題，F(xiàn)ayaz S. Lakhwala對(duì)多物種、多相和微生物強(qiáng)化反應(yīng)輸運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和修復(fù)預(yù)測(cè)提出兩種新方法：粒子跟蹤法和有限差分法，在一定程度上有助于優(yōu)化和預(yù)測(cè)各向異性含水層中GCW的修復(fù)。

可見(jiàn)，一方面，對(duì)于NAPL污染物，曝氣井會(huì)為NAPL的好氧菌在含水層中生理活動(dòng)輸送必須的氧氣，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使其大量繁殖修復(fù)含水層。另一方面，曝氣井在提供氧氣的同時(shí)，溶解相污染物會(huì)隨著環(huán)流反復(fù)匯集于井中生物處理器處理。并且實(shí)際情況中污染物通常以多種類(lèi)多形態(tài)的組合形式出現(xiàn)，生物-GCW的曝氣井剝離揮發(fā)性有機(jī)化合物，并在含水層中分配氧和營(yíng)養(yǎng)物等，實(shí)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、半揮發(fā)性有機(jī)物(SVOCs)和非揮發(fā)性有機(jī)物(NVOCs)的生物降解。在環(huán)保、低成本的同時(shí)，大大提高了可去除目標(biāo)的范圍和效率。但原位地下水生物修復(fù)中目標(biāo)化合物的生物轉(zhuǎn)化，即好氧菌落降解和厭氧菌落降解無(wú)法量化，因此原位生物修復(fù)中的多物種、多相反應(yīng)運(yùn)移的理論仍需深入探討。

3.5 GCW的其他功能

GCW的實(shí)驗(yàn)成果顯示GCW不僅可以去除污染物，還可檢測(cè)污染物。將超高效液相色譜法與GCW技術(shù)相結(jié)合，使得原本因含水層復(fù)雜性難以檢測(cè)的錳金屬污染，實(shí)現(xiàn)10 μg/m3精度的金屬污染物濃度檢測(cè)，并且檢測(cè)過(guò)程不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染[32]。另外GCW還被認(rèn)為是有效地緩解沿海地區(qū)的咸水入侵最有效的管理策略之一，可以在濱海含水層形成水力屏障，阻止咸水入侵楔體進(jìn)一步向內(nèi)陸移動(dòng)[33]。

4 GCW的優(yōu)缺點(diǎn)、適用性及展望

4.1 GCW的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)方面：(1)GCW無(wú)需抽取地下水至地表，無(wú)需建立復(fù)雜的地面再處理設(shè)備。對(duì)含水介質(zhì)擾動(dòng)小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，保護(hù)含水層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與原始生物群落的同時(shí)，降低修復(fù)成本[34-36]；(2)GCW具有高度的靈活性，可與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)用，擴(kuò)大可處理污染物種類(lèi)范；(3)GCW可控制形成環(huán)流場(chǎng)，通過(guò)環(huán)流可以輸送氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，控制原位生物修復(fù)，還可很好的沖刷弱透水層[37]。

缺點(diǎn)方面：(1)GCW在低滲透含水介質(zhì)中無(wú)法形成有效的環(huán)流處理污染水體。當(dāng)高滲透含水介質(zhì)中含有低滲透透鏡體時(shí)，會(huì)出現(xiàn)反擴(kuò)散現(xiàn)象，即當(dāng)滲透性較強(qiáng)的區(qū)域的濃度下降時(shí)，隔離在低滲透性區(qū)域的污染物會(huì)因濃度差通過(guò)浮力擴(kuò)散被釋放回水中，也稱(chēng)為“回彈”現(xiàn)象。(2)GCW有效范圍的設(shè)計(jì)。若GCW有效范圍小于污染區(qū)域，則無(wú)法完全處理污染水體；若GCW有效范圍大于污染區(qū)域，增加成本的同時(shí)，環(huán)流會(huì)將污染水體擴(kuò)散到未污染的區(qū)域。并且處理較薄含水層時(shí)，成本偏大。(3)GCW在處理?yè)]發(fā)性污染物時(shí)，分離出的污染氣體有時(shí)不可直接排入大氣，需要用其他設(shè)備收集處理；(4)GCW技術(shù)還易受含水層微生物作用和鐵、鎂、鈣化學(xué)沉淀堵塞，這也是目前亟需解決的問(wèn)題；(5)傳統(tǒng)的GCW技術(shù)對(duì)疏水大分子有機(jī)化合物，亨利系數(shù)小或低濃度的污染物去除效果一般[38]。

4.2 GCW適用性

GCW適用于含水介質(zhì)飽和帶厚度在1.5～35 m或非飽和帶的厚度1.5～30 m，水平滲透系數(shù)大于0.3 m/d，有研究表明水平水力傳導(dǎo)系數(shù)與垂直水力傳導(dǎo)系數(shù)的比值在3～10之間，GCW的運(yùn)行效果最佳。當(dāng)各向異性比值大于10時(shí)，可能GCW會(huì)無(wú)法運(yùn)行[39]。

4.3 展望

GCW數(shù)學(xué)模型研究大多將含水介質(zhì)簡(jiǎn)化為均質(zhì)各向異性、補(bǔ)給排泄條件簡(jiǎn)單的模型。未來(lái)研究方向可考慮不同補(bǔ)給、排泄條件下的非均質(zhì)含水介質(zhì)的GCW數(shù)學(xué)模型，量化含水層或抽、注篩管附近非達(dá)西流和表皮效應(yīng)對(duì)GCW環(huán)流及水頭分布的影響。

目前GCW實(shí)驗(yàn)大多集中曝氣井的研究，對(duì)機(jī)械泵式環(huán)流井方面的研究甚少。因此實(shí)驗(yàn)?zāi)M可嘗試探索機(jī)械泵式環(huán)流井去除污染水體的特征，研究機(jī)械泵式環(huán)流井與其他修復(fù)技術(shù)結(jié)合的污染物去除效果。在曝氣井的實(shí)驗(yàn)?zāi)M時(shí)，探索表皮效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)影響因素與對(duì)曝氣井影響的規(guī)律。與GCW技術(shù)聯(lián)用應(yīng)用最多的生物技術(shù)則可深化GCW-生物技術(shù)中的多物種、多相反應(yīng)運(yùn)移的理論研究。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)GCW的研究多為單井系統(tǒng)的研究，實(shí)際修復(fù)場(chǎng)地是多口循環(huán)井組成的GCWs系統(tǒng)(Groundwater Circulation Wells)，對(duì)于修復(fù)過(guò)程中GCWs修復(fù)參數(shù)的組合選擇優(yōu)化、污染物的去除規(guī)律以及最佳修復(fù)時(shí)間等，尚未開(kāi)展詳細(xì)系統(tǒng)的研究。特別是對(duì)于有機(jī)物的濃度衰減規(guī)律、GCWs系統(tǒng)捕獲區(qū)的表征及影響因素的定量分析等，需要具體系統(tǒng)分析，并且缺少GCW技術(shù)安全系數(shù)的規(guī)范制定。