河岸渗滤系统除污功效的研究进展

河流渗滤系统污染去除机理研究进展~

在有利于改善水质的水文地质学方法中，河流渗滤系统是有效地改善地表水水质的、成本低廉的处理方法（Achter et al.，2002）。在一定条件下，地表水体可以与地下水相互转化，特别是在冲积扇区，可以被认为是同一水源，因此，许多地方常采用傍河布井方式开采地下水，以加强两者的水力联系，增加地下水的允许开采量（Winter et al.，1999；王大纯等，1994）。无论在湿润地区还是在干旱地区，在河水入渗补给地下水的过程中，污染物会发生过滤和衰减（Ray et al.，2003）。如果含水层中不含其他污染物或者各种污染物均处于较低的含量水平，则含水层中的水质会远远优于河水，这样能够在保障饮用水安全的同时增加地下水的开采量。国外特别是欧洲许多国家将河流渗滤系统应用于饮用水的生产过程，如斯洛伐克共和国通过河流渗滤获取的饮用水占总饮用水的50％，匈牙利占45％，荷兰占5％，德国占16％（Ludwig et al.，1997）。河流渗滤系统有两个显著的优点：一个是在地表水处理的过程中大大降低了辅助添加剂如消毒剂的使用量；另一个是在保证饮用水安全的前提下大大降低了水处理成本。
（一）河流渗滤系统的概念
河流渗滤是一个自然净化过程，它是指河水补给地下水时，河水中的溶质通过河流沉积层入渗进入两岸抽水井或地下水的过程（Ray et al.，2002a）。当对河流或湖泊邻近水域的垂直或水平的抽水井进行抽水时，由于河流与含水层之间存在动态的相互作用，抽水会引起河流和抽水井之间的压力梯度，这样引导性渗滤系统就会引导河水向下通过河流沉积物进入抽水井中。在这个过程中，可以对地表水中存在的大多数污染物进行过滤和清除。河流渗滤系统是一种高效的净化方法，它对微生物有机体、复杂的自然有机物、杀虫剂、除草剂、烃类化合物、药物制剂和芳香族化合物具有很强的去除作用，而这些污染物通过常规的水处理方法很难去除。在该过程中，污染物与沉积层发生各种物理、化学和生物作用，包括过滤、吸附、沉淀、微生物降解以及与地下水混合稀释等作用，而使污染物浓度降低（Chiou et al.，1985；Drzyzga et al.，1997），河水水质得到净化，从而获得高质量的饮用水。河流沉积层既包括河流底泥沉积物，又包括河流两岸的沉积物，所以将两者合称为河流渗滤系统。
（二）河流渗滤过程中污染物的主要迁移转化机制
河流渗滤过程中的主要迁移转化机制是入渗、扩散、过滤、吸附、微生物降解，以及地表水与地下水的混合稀释作用。国外对河流渗滤系统的研究较为深入，有一些针对河流渗滤作用的机理研究，主要包括物理过程和生物地球化学过程等。
1.物理过程
河流渗滤系统是一个天然的过滤器，其中，有机质丰富、粒度细小、表面积很大的河流沉积层，由于具有很大的吸附容量，对入渗污染河水具有很好的净化效能。即使河流水质会由于季节变化、径流和冲击负荷而发生重大变化，其影响也可以在河水通过河流渗滤系统入渗的过程中被消除。其中机械入渗引起对悬浮物质，以及吸附于悬浮固体上的疏水性有机污染物的去除。例如，含黏粒较多的河流沉积物对磷的去除效果最好，对化学需氧量（COD）和NH4—N的去除效率也比较高，对金属的去除效果也较好。河流渗滤系统还可以去除水中的颗粒物、胶体、微生物等（Hiscock et al.，2002；Worch et al.，2002）。在地表以下迁移的过程中，有机化合物能够被吸附于固体物质上。吸附作用的程度变化取决于化合物的特性和土壤胶体的种类和性质。总的来说，随着接触表面积增大和在河流与出水井之间的径流时间增长，吸附量增加。胶体和细菌表面的吸附作用能够影响有机污染物在土壤和地下水中迁移。Schwarzenbach et al.（1992）研究了挥发性有机化合物，如氯仿、三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等的吸附行为，并阐述了这些化合物的一系列滞缓因素。此外，地下水和入渗水的混合过程能稀释污染河水，引起污染物浓度下降，并减缓其峰值。
2.生物地球化学过程
河流渗滤系统作为生物地球化学反应器，有着独特的地球化学环境，可将其视为一个分界面，在此分界面上下各种环境要素包括光、温度、pH、Eh、氧气、有机碳等都存在很大的差异，污染河水在通过这个分界面时水质将发生很大变化。Jurgen（2002）取莱茵河水进行试验，结果证明，河流渗滤系统对溶解的有机碳（DOC）、 和NO-2去除效果均很好。潜在的河流渗滤过程的有利影响包括对可溶性有机物的降解作用和通过反硝化作用以及与地下水的混合作用来降低硝酸盐含量（Bourg et al.，1993；Grischeck et al.，1998；Wett et al.，2002）。Grischek等研究了德国易北河水中 浓度。井水中 浓度从4.97mg/L降低到检测限之下。在河流渗滤系统中观察到的氧化还原反应是微生物活动的结果（BGW et al.，1996；Cosovic et al.，1996；Lovley，1991）。这能够为新陈代谢作用和细菌的细胞结构提供能量。氧化还原反应需要作为电子供体的有机化合物和作为电子受体的其他物质的参与。冲积含水层中的电子受体包括溶解氧、 、锰的氧化物、氢氧化铁和硫酸盐等（Berner，1981；Champ et al.，1979；Groffman et al.，1999）。在河流渗滤过程中，通常包含溶解氧，在渗滤的最初几厘米至十厘米之间处于有氧环境，随着水流进一步入渗，氧气消耗殆尽，可能出现厌氧环境（Graillat et al.，1986；Bourg et al.，2002）。大多数情况下，溶解氧和 常常是细菌催化所利用的电子受体。如果有机化合物的量很充足，而氧气和硝酸盐的量不足，其他的电子受体就会参与到反应中来，从而引起诸如锰和铁的溶解等其他水质问题（Bourg et al.，1993，2002；Graillat et al.，1986；Lovley et al.，1998；Monika et al.，2008）。
河流渗滤系统中存在以下生物地球化学过程：
呼吸作用：CH2O＋O2→CO2＋H2O反硝化作用：

河流渗滤系统污染去除机理研究

锰的还原反应：CH2O＋2MnO2（s）＋4H＋→2MN2＋＋3H2O＋CO2
铁的还原反应：CH2O＋8H＋＋4Fe（OH）3（s）→4Fe2＋＋11H2O＋CO2硫酸盐还原反应：

河流渗滤系统污染去除机理研究

（三）河流渗滤系统污染去除机理研究现状
1.国外河流渗滤系统污染去除机理研究现状
近年来，河流渗滤系统对有机物的去除机理及去除效率逐渐成为国外学者的研究热点。最近几年的研究证明，河流渗滤系统在控制各种有机物方面非常有效，发生最显著的浓度衰减的污染物包括可溶性总有机碳、浊度、杀虫剂和其他有机污染物等，它还能减缓由暴雨径流造成的突发性污染负荷增大。
河流渗滤系统能够有效地去除一定比例的天然有机物（NOM）和合成有机物（SOC）（Kuehn et al.，2000）。NOM包括溶解的有机物、腐殖质微粒和未腐殖有机物。地表水体中的有机碳（TOC）和COD主要是NOM引起的。Miettinen et al.（1994）通过对某地表水及其地下水监测研究发现，在地表水入渗的过程中，TOC和COD等含量不断降低。Sontheimer（1980）在对莱茵河进行研究时发现，河流渗滤对中等分子量的NOM去除率接近70％。Ludwig et al.（1997）在易北河沿岸开展的研究证实，分子量超过1000g/mol的NOM在河流渗滤过程中不断消失。Wang et al.（1998）在俄亥俄河开展了为期两年的研究，发现河流渗滤作用对NOM的去除主要是由生物作用引起的。Ray et al.（2002b）也在对俄亥俄河流的研究中发现，在距河岸9m的观测井以0.0876m3/h的强度抽取地下水时，井水中TOC比河水中的减少了60％。因此，通过河流渗流系统对NOM的净化作用可以大大提高水的质量。由于野外调查不易实现，国外学者重点针对SOC进行了一些室内模拟试验研究（Bornick et al.，2001；Jutter，1995；Malzer et al.，1993）。Doussan等对河流渗滤系统中苯胺的生物降解进行了研究（Liu，2002；O'Nell et al.，2000；Vasil et al.，2002），Bornick et al.（2001）证明了易北河中苯胺在3h内去除率能够达到100％。Jutter（1999）分析并比较了易北河水和两岸井水中三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿的浓度，在井水中几种污染物的浓度显著下降，有的甚至低于检测范围。Widerer et al.（1985）的研究发现：莱茵河中SOC去除效率与其生物降解性及其在河水中的浓度有关。地下水易受除草剂、杀虫剂和洗涤剂的污染。Verstraeten et al.（2002）的研究发现：在普拉特河附近的水井中除草剂浓度比河水中减少了76％。Dillon et al.（2002）报道了最近几年来，墨累河中杀虫剂的浓度大大降低，主要是由于河流渗滤系统的吸附和生物降解作用。Jutter（1992）调查了德国鲁尔河河流渗滤系统对洗涤剂的去除率，发现河流渗滤系统的含水层处于缺氧环境，并且存在强烈的异化硝酸盐还原过程，其对洗涤剂在还原条件下去除率达到99％，表明河流渗滤系统对这些SOC具有良好的去除作用。另外，国外学者还研究了河流渗滤系统对颗粒物、细菌及病原体和重金属的去除（Kim et al.，2002；Weiss et al.，2005）。Sontheimer（1980）发现在莱茵河下游持续性重金属污染物的去除效率较高，其中铬和砷超过90％，镉、锌、铅、铜和镍都超过了50％。
2.国内河流渗滤系统污染去除机理研究进展
我国将河流渗滤作用运用于水处理的时间可能更早，但开展河流渗滤过程中污染物环境化学行为及净化作用的研究时间并不长，只是近年来有吴耀国等利用野外监测手段开展污染河流对地下水化学影响的分析与评价研究发现（吴耀国等，2000，2002a，b，2005，2006；黄瑞华等，2006），河流渗滤系统对城市污水中的COD、重金属、氮等具有很好的净化作用，对COD的去除主要是好氧微生物降解，其次为厌氧微生物降解，重金属与挥发酚的去除主要是由于土壤吸附作用，而氮的去除是由于好氧环境中的硝化过程与厌氧环境中的反硝化过程联合作用的结果，其中，硝化作用是氮净化效率的限制性因子；河流渗滤系统可以减缓污染河流对沿岸地下水的影响，防止地下水组分浓度的剧烈变化，在河水入渗初期，主要发生硝化反应，随入渗的不断深入，反硝化作用也趋于加强，使系统具有了一定的脱氮功能；在徐州奎河的试验结果表明，该河流渗滤系统对挥发酚去除率大于99％、COD的去除率大于95％、氮的去除率大于95％，且未引起土壤及地下水的污染；在对渭河河床沉积物及沿岸地下水含水层的含水介质研究发现，具有土著反硝化细菌的河流渗滤系统，在NO3—N约为23.0mg/L的条件下，可使苯胺降解效率达到100％，反硝化条件下，苯胺在河流渗滤系统中的降解仅有少部分经过脱氨作用，绝大部分与腐殖质以共价键形式形成耦合物，且该耦合物更易为微生物所利用，且在降解过程中不产生对环境微生物有毒的中间产物，可实现反硝化条件下河流渗滤系统中苯胺的连续降解。李金荣等（2006a～d，2007a～d）在对渭河渗滤系统的研究中发现，NH4—N污水渗滤时发生的环境行为包括反硝化作用、硝化作用，以及离子交换吸附作用，使入渗的污染河水水质得到净化，并向好的方向发展。其中，引起氮损失的主要是反硝化作用，渭河渗滤系统对NH4—N净化率为86％；含有硝态氮污染的河水在渭河渗滤系统中其环境行为主要为反硝化作用，河流渗滤系统对硝态氮污水有很大的净化作用。苯胺污水在渭河渗滤系统中的环境行为主要为吸附作用和微生物降解作用，结果表明，河流渗滤系统对苯胺污水有很大的净化作用，其净化率可以达到100％。
（四）河流渗滤系统污染去除效果的影响因素
河流渗滤系统对地表水污染物去除效率很大程度上取决于水文地质条件，包括：抽水井的类型、抽水井与河流的位置关系、河岸及河床物质的特性、河床冲刷特性、河水温度，以及天然水源特性等。一些学者对影响河流渗滤系统处理效率的因素包括河流沉积层组成、河水温度、滞留时间等进行了研究（Achten et al.，2002；Chung et al.，2005；Friege，2000；Tufenkji et al.，2002）。
1.河岸及河床物质特性
研究表明，河流沉积层的组成特别是其中有机质和黏土的含量对去除效率的影响很大，Schwarzenbach et al.（1983）研究了有机碳含量较低的砂砾石质的河流冲积层中有机物的衰减过程，发现在两个不同的研究地点，水中的60％可溶性有机碳和可去除的有机氯化合物能在迁移过程中在含水层中被去除，但仍有一小部分保留在水中。对于一些特殊的化合物，如1，4-二氯代苯的去除率不足20％。在入渗过程的最初的几米中，生物降解作用是最基本的去除机理，有一些难降解的污染物是不能被本地驯化的厌氧细菌转化的。Miller et al.（2001）利用三种不同的河流沉积物样品进行一些毒素物质的去除试验，发现黏土含量较高和富含有机质的沉积物对其去除率较高，而砂质沉积层几乎不具有去除效果，这可能是由于富含有机物的沉积层具有微生物生长所需要的营养盐，而含砂较多的沉积层所含营养物很少，导致其去除率不高。我国学者李金荣等（2006d，2007a，b）认为，净化程度与该渗滤系统的渗滤介质有关，如果渗滤介质为细粒的黏土层，则对硝态氮污水净化程度很高，其净化率能够达到100％，但易引起地下水硬度升高等负效应，若介质为粗砂粒物质，其净化程度较低，但不易引起地下水硬度升高。
2.河水温度
Schwarzenbach（1983）对河流渗滤系统中的水质随季节和空间的变化进行了研究，认为温度对微生物的活性有非常大的控制作用，所以它是影响河流渗滤系统中水质变化的关键因素。Wang et al.（2002）在对Louisville河岸渗滤设施的研究中发现，由于黏性减弱和水温升高，河水在夏季入渗率较冬季高10％。结果表明，水温的季节变化在对河流渗滤系统的有效性进行评估时是需要考虑的因素之一。
3.其他影响因素
河流渗滤过程，渗滤的质量还取决于河水水质、与地下水的混合稀释作用，以及抽水井与河流之间的距离（Goloka et al.，2005）。抽水井与河流之间需要有足够的距离，使水流获得充分的迁移时间，以便生物降解能够进行更加彻底。

随着世界范围的水污染问题越来越受到人们广泛的关注，世界各国都为污染物的处理制定了更为严格的标准，工业废水和生活污水必须经过严格处理才允许排放。然而，目前地表水体中的许多污染物，特别是一些高浓度、有毒、致癌、致畸的难降解持久性有机污染物很难被彻底净化，或者由于处理废水量大、处理时间长，加上环保技术相对落后，造成大多数废水处理设备体积庞大，占地面积大，处理效率低下，处理工艺复杂，处理费用很高，致使许多工业部门的大部分污水根本没有处理或处理未达标就被排放到环境中，造成了地表水体的严重污染。由于地表水和地下水之间存在水力联系，已污染的地表水体很有可能进一步入渗污染地下水。值得重视的是，河流渗滤系统对入渗的地表水有一定的净化作用，而且这种自然净化过程成本低廉，具有很好的推广价值。因此，有必要深入研究已污染的河水在入渗地下水过程中被河流渗滤系统净化的机理和净化效果，从而更好地利用河流渗滤系统的净化作用，避免河水中污染物进一步对地下水系统造成潜在的危害。
针对不同水文地质条件、不同水质状况等实际情况，开展河流渗滤过程中污染物迁移转化机理及应用的研究，目前已成为热点问题。如德国很早就开始研究河流渗滤系统的净化作用，尤其是在1986年莱茵河发生污染事故之后，德国环境保护局等政府机构采取多种措施促进了对河流渗滤作用研究的不断深入，现已取得丰硕成果并部分运用于实践，目前，整个德国饮用水的供给总量中约16％是通过河流渗滤系统净化作用获得的。近年来，美国环保署也不断加大对河流渗滤系统研究的资助力度，仅2001年就资助了至少四个项目，总经费超过200万美元，例如在河流渗滤过程中，颗粒物及病原体的去除作用研究获得了536 000多美元的资助；同时美国在这方面的研究也取得了一些进展，并已在俄亥俄州、内布拉斯加州、肯塔基州和西弗吉尼亚州等地的城市供水处理过程中开始运用河流渗滤作用，并且呈现出不断增加趋势。受德国等国家多年理论研究和实践应用成果的吸引，匈牙利、韩国、瑞士等许多国家也相继开展了河流渗滤系统中污染物环境行为及其应用的研究。由于研究目的所限，而且发达国家水环境状况好转，严重污染河流比较少，因此，目前国外涉及污染河水在河流渗滤系统中的迁移转化机理及净化作用的研究较少，开展河流渗滤过程中污染物环境行为强化措施的研究尚不多见。
与德国、美国等国家相比，我国将河流渗滤系统应用于水处理的时间可能更早，但开展河流渗滤系统中污染物迁移转化机理及净化作用的研究却相对滞后，只是近年来，有宿青山等（1991，1993）、翁焕新（1995）、翁焕新等（1997）、俞艳荣等（1998）、马唐宽等（1998）、薛禹群等（1998）、谢水波等（2000）以及吴耀国等（1999、2000、2002a，b）、李金荣等（2004）利用野外监测手段和室内模拟试验开展了一些污染河流对地下水环境的影响分析与评价研究，发现河流渗滤系统对污染河水具有净化功效，但对河流渗滤系统中特定污染物的迁移转化机理的深入系统的研究未见报道，而关于其强化措施研究方面的文献也比较少。
大量的研究和实践应用表明，河流渗滤系统可以显著地去除河水中的有机污染物、氮素、颗粒物、病原体、微生物等。河流渗滤系统可以作为饮用水的预处理步骤，人类也很早就开始应用这一廉价的、有效的自然水处理技术，然而针对特定的污染组分在这个渗滤过程的环境行为是怎样的，其去除机理和去除效果如何等一系列问题的室内模拟试验研究相对缺乏，因此有必要加强相关研究，为野外强化措施提供科学依据和治理根据。
傍河取水是开采地下水的重要方式之一，也是在实践中应用河流渗滤系统自然净化作用的一种普遍方式。傍河水源地地下水的补给源主要是河流的侧向入渗补给，因此，地表河流的水量与水质的好坏，对傍河地下水源地的开采量和水质影响均比较大。以前的研究多集中在海洋和湖泊水体中的沉积物-地表水界面作用对上覆地表水体的影响，却很少研究河流沉积层-地表水界面作用对地下水体的环境影响。而河流水动力条件比湖泊和海洋更加复杂，加上目前河流水体污染的严重性，特别是河流水体的富营养化现象的普遍性，以及有机污染的严重态势，污染物在沉积物-地表水界面发生的变化包括物理、化学、生物等一系列环境行为，而地表水在这些作用的影响下，对地下水环境的影响存在很大的差异。所以研究河流渗滤系统中的沉积物-地表水界面作用不仅可以深刻理解沉积物-地表水界面作用的内容，而且研究污染物在河流渗滤系统中的迁移转化机理，还可以为减少污染河流对地下水环境的负效应影响提供治理措施，因此，河流渗滤系统中沉积物-地表水界面作用的研究具有很重要的理论意义和应用价值。
近年来，随着工农业的发展，地下水有机污染日趋严重。美国地下水中的化合物约有200多种，其中有机污染物约占175种（Chih-Ming et al.，1997）。以色列某深部含水层中苯和甲苯浓度分别为700×10-9mg/L和400×10-9mg/L（Zoller，1993）。石油污染是我国石油化工地区土壤和地下水的主要污染类型，目前包括河北平原、南阳油田、山东淄博大武水源地、京津唐等地区都出现了地下水石油污染（郭永海等，1996；郭华明等，1999；徐绍辉等，1999）。其中苯系物（benzene，toluene，ethylbenzene and xylene，BTEX）不仅是燃油的成分，还是应用极为广泛的化工原料，微溶于水，易挥发，毒性大，难降解，在地下水中容易迁移，因此，这类挥发性污染物的发生、分布及其在环境中的归属得到国内外学者的关注（Bianchi et al.，1998；Busoon et al.，2003；Douglas et al.，2002；Lee etal.，2002；豆俊峰等，2006；李玉瑛等，2007；李志萍等，2007；沈学优等，2005）。鉴于我国地表水及地下水污染的普遍性、危害性及复杂性，以及目前本研究领域中存在的问题，开展本项研究不仅有助于探索上述基础性研究中存在问题的解决途径，而且可为地表及地下水环境有机污染治理、水资源规划、管理和保护提供基础资料。因此，本书的研究具有一定的理论意义和现实意义。

邢永强¹　李金荣²　杨振放²

（1.河南省国土资源科学研究院，郑州 450016；2.郑州大学环境与水利学院，郑州 450001）

《安徽农业科学》，文章编号：0517-6611-(2007)-13-03946-03

摘要 目前水资源日益紧缺的情况下，寻求一种既经济且效果好的污水处理方式很重要。河岸渗滤系统对污水具有净化功能，可以去除河水中的天然有机污染物、合成有机污染物、无机污染物以及颗粒物、细菌及病原体等污染物，是一种行之有效的处理途径，通过对它的简单概述来了解河岸渗滤系统的作用，为我们以后的研究方向提供理论依据。

关键词 污水 河岸渗滤系统 净化作用

目前地表水体污染严重，使紧缺的水资源更加短缺，严重制约了社会经济的发展。于是人们迫切需要寻找一种费用少、效果好的污水资源化技术，改善水环境质量，实现水资源的持续利用，这已成为当今全球水环境研究的热点。实践与研究表明，河岸渗滤（Wolfgang Kuehn et al.，2000）（River Bank Filtration，RBF）对污水的净化是一种经济、高效的饮用水治理技术，得到了越来越多国家与研究者的重视。由于我国水环境研究起步较晚，目前关于污染河流对其沿岸地下水环境影响的研究较少，因此进行河岸渗滤系统对地表污水净化的研究，为实现城市污水资源化提供科学依据，其意义十分重大。

1 河岸渗滤的定义

河岸渗滤是指河水在补给地下水的渗滤途中，被河流沉积层过滤且净化的过程。在该过程中，河水中的污染物经过沉积层的过滤、生物降解、吸附、沉淀，以及与地下水混合稀释等而使污染物浓度降低，使河水水质得到净化。其作用机理如图1所示。

河岸渗滤是一个自然净化过程。在德国利用河岸渗滤净化河流污水已有100多年的历史，在美国也有50多年的历史。国外许多国家通过河岸渗滤系统获取部分饮用水，在斯洛伐克共和国通过河岸渗滤获取的饮用水占总饮用水的50%（Wolfgang Kuehn et al.，2000），在匈牙利占45%，在德国占16%，在荷兰占5%，在德国的萨克斯占18%，在德国的柏林市占75%。在我国的许多地区，尤其是北方许多城市也是通过河岸渗滤作用获取饮用水。所以说，河岸渗滤这种古老的水处理技术在我们的生活中非常重要。

图1 河岸渗滤过程示意图

Fig.1 The sketch map of riverbank filtration

（Chittaranjan Ray et al.，2002）

2 河岸渗滤系统除污功效

2.1 去除天然有机污染物

天然有机物NOM（Natural Organic Matter）是一种包括溶解的、腐殖的微粒和未腐殖的有机物等混合物。一些欧洲国家用河岸渗滤技术提高饮用水中NOM的去除率（Chittaranjan Ray et al.，2002），其去除率在荷兰达7%，德国达16%，匈牙利达40%，芬兰达48%，法国达50%，瑞士达80%。

对于天然的地表水体而言，水体中总的有机碳TOC（Total Organic Carbon）和化学需氧量COD（Chemical Oxygen Demand）主要是由NOM引起的。在城市的给水处理中，常采用氯气消毒方法除去水中的微生物及病原体，但是在消毒过程中，NOM可与氯气反应生成三氯甲烷、氯代乙酸等消毒副产物，它们是致癌物质。为保证人们的饮用水安全，人们更加关注这些消毒副产物的去除问题。大量研究发现，河岸渗滤对NOM具有一定的去除功效。Miettiner等（1994）通过监测某地表水及其岸边地下水水质时发现，在地表河水向下入渗的过程中，地表水的TOC和COD等含量不断降低，通过分光光度法确定，87%的高分子量化合物（1 500 g/mol）被去除。Sontheimer（1980）在莱茵河岸研究发现，河岸渗滤作用对中等分子量的化合物的去除率近70%。Ludwig等（1997）在德国的易北河沿岸开展研究进一步证实，分子量超过1 000 g/mol的NOM在河岸渗滤过程中不断被去除。Wang等（1998）在俄亥俄河开展为期两年的研究发现，河岸渗滤作用对NOM的去除机理主要是由生物作用。Ray等（2002）在俄亥俄河的研究亦发现，距河岸9m的观测井，当从观测井中以0.087 6m³/h抽取地下水时，井水中的TOC含量比河水中的减少了60%，井水中的NOM浓度比河水中的NOM浓度大大降低，甚至为零。以上均说明了河水中的污染物NOM可以通过河岸渗滤系统得以去除，这样大大提高了生活饮用水和生产用水的质量。

2.2 去除合成有机污染物

众所周知，芳香胺属于河水中常见的合成有机污染物，其毒性很大，并且有致癌性、致突变性以及潜在的生物毒性。Sax（1984），Fishbein（1984），Razo-Flores（1997）等通过室内渗滤实验说明了易北河水中苯胺在3 h内去除率达100%，而2-硝基苯胺在14 h去除率仅达40%。其原因是芳香胺的生物降解性主要取决于苯环的类型、个数和取代基的位置。Eckhard Worch等（2002）通过实验研究发现，河岸渗滤过程中多氯苯胺和硝基苯胺很难降解，然而没有取代基的苯胺在河岸渗滤过程中滞留3 h 后就完全降解了。Jütte（1999）分析并比较了易北河水和两岸井水中三氯乙烯、四氯乙烯、氯仿的浓度，在井水中它们的浓度显著下降，有的甚至低于检测范围。Widerer等（1985）研究莱茵河岸渗滤系统对固态有机碳（SOC）的去除情况，结果发现，SOC去除效率与其生物降解性及其在河水中的浓度密切相关。河水中芳香胺的浓度为17μg/L时，其去除率达71%，河水中三氯乙烯的浓度为1.5μg/L时，其去除率为33%，河水中氯仿的浓度为15μg/L时，其去除率很低。

针对河水中常见的另外一些合成有机污染物，如除草剂、杀虫剂、药剂。Jütter（1999）调查了中德鲁尔河河岸渗滤过程中这些成分的去除率，在河流沉积层环境为厌氧条件时，如芳樟醇、异冰片基溴酸等极性污染物去除率达99%。Verstraeten（2002）等报道了普拉特河傍河水井中除草剂浓度比河水中的减少了76%。Dillon（2002）等报道了澳大利亚东南的墨累河中，其傍河水井除草剂的浓度大大低于河水中的浓度，主要因为除草剂在该河沉积层中发生了吸附和生物降解作用。莠去津是地表水中常见的除草剂，在美国北部城市路易斯维尔附近的俄亥俄河中，莠去津的浓度超过1μg/L，然而河岸渗滤水中莠去津的浓度低于检测限0.1μg/L。

地表水体中还有一些来源于家庭洗涤剂的合成有机污染物，比较典型是薄荷醇、柠檬油精、松油醇、4-叔丁基环己醇、4-叔丁基环己酮。河水中这些有机污染物浓度相对稳定，不随季节变化。Jütter（1999）研究发现，当河水向下渗滤距离为31m时，这些合成有机污染物的浓度接近或低于检测限，例如薄荷醇、柠檬油精的浓度低于检测限，这表明河岸渗滤系统对其具有很好的去除功效。

2.3 去除无机污染物

人类的各种活动增加了河水中无机物的浓度，当这些无机物含量超过国家规定的标准时，就成为污染物，铬、镉、砷、氨盐、硝酸盐、硫酸盐等是地表水中常见的无机污染物，其对人类和牲畜危害很大。由于氨氮、亚硝态氮、硝态氮（简称“三氮”）是目前水环境中普遍存在的污染组分。水环境中的重金属污染其危害较大，对动植物和生物具有致癌、致畸、致突变（简称“三致”）作用，故这里主要介绍河岸渗滤系统对氮污染物的去除和重金属污染物的去除。

19世纪70年代初，研究发现莱茵河河水中氨氮浓度较高Jütter（1999），而溶解氧DO（Dissolved Oxygen）浓度较低，这是因为当时莱茵河已经受到严重污染，氨氮发生硝化作用消耗了河水中的DO，使河水中DO浓度小于1mg/L，这么低的DO浓度不利于氨氮的去除，故河水中氨氮浓度不断加大。随着环境保护措施的相继出台，河水质量得到改善，19世纪80年代，河水中的DO浓度升高到3mg/L，高的DO浓度也提高了氨氮的去除率。吴耀国等（2000）研究了徐州市奎河河岸渗滤系统对水体中氮的去除情况，发现奎河水中氮污染严重，并且以氨氮为主，在距河岸40m处的水井中氨氮的去除率达95%以上。

河岸渗滤系统对氮的去除作用主要是反硝化作用。Grischek（1998）研究发现易北河水中的

浓度为4.97mg/L，由于

在河岸渗滤过程中发生反硝化作用，结果渗滤水中的

浓度远远低于河水中的浓度，降低到检测限之下，尤其是在炎热的夏季，河岸渗滤系统中微生物活性较高，

在反硝化作用下其浓度降低很快，在水中根本检测不到

。Schubert（2002）取莱茵河水作了一系列的试验，用来评价溶解的有机碳、氨氮和亚硝态氮的去除率，结果证明河岸渗滤系统对它们的去除效果都很好。在德国东部的萨克斯，试验结果得出不仅河水中可氧化的有机碳为反硝化作用提供碳源，而且河流沉积物中的 SOC 也能为其提供碳源，其结果不仅去除了氮，而且也去除了 DOC 和 SOC。Grischek（1998）等研究证明

在易北河的一个砂砾岩沉积层中发生了反硝化作用，碳源就是这个砂砾石沉积层中溶解的有机碳。

Jütter（1999）在Glatl河研究不同重金属的运移机制，结果表明水环境中有机物的生物降解作用增加了铜和锰的迁移能力；在还原条件下锰迁移能力提高；在氧化条件下，其迁移能力降低，从而限制了其进一步对水环境的污染。例如氧化环境下，河流沉积物可以与锌和镉发生物理和化学作用，使水中锌和镉的浓度降低，阻止其进一步向下迁移。Son-theimer（1980）在莱茵河流速较低的河段研究发现，河岸渗滤系统可以去除重金属，且去除率较稳定，像铬和砷的去除率可达90%，其他重金属如镉、锌、铅、铜、镍的去除率也超过50%，主要的去除机理是河岸渗滤系统的吸附作用。

以上主要阐述了河水中不同污染物在河岸渗滤过程中发生不同的物理、化学和生物作用而得以去除。下面通过一个例子说明污染的河水在河岸渗滤系统的入渗过程中，几种污染组分浓度发生的变化。图2的上部是河岸渗滤系统的剖面示意图，下面3个曲线图是河水中3种污染物随着河岸渗滤途径的浓度变化示意图。由图2可见，河水中3种污染物在河岸渗滤系统中发生了强烈的生物地球化学作用。河水中DO、硝酸盐和DOC浓度很高，这时候河流环境为氧化环境，河水中离子态锰的浓度很低。随着河水向下入渗通过河岸渗滤系统（即如图2中所示的还原区）时，污染物DOC在微生物的作用下发生生物降解，它的浓度在河岸渗滤系统中显著下降，同时系统中DO浓度迅速降低，硝酸盐在这个系统发生反硝化作用，导致硝酸盐浓度的降低。这时候的河岸渗滤系统为还原环境，使入渗水中锰或铁离子浓度显著升高。入渗的河水沿着渗滤系统进一步渗滤，由于大气通过包气带不断向河流输送氧气，河岸渗滤系统重新获得氧气，使该系统处于还原和氧化的混合环境，DO浓度有所回升，而硝酸盐在这个混合环境下不利于发生反硝化作用，其浓度也有所升高，而迁移的锰或铁离子又被氧化成难溶于水的固态锰或铁，入渗水中其浓度明显下降。从图2可以得到，河岸渗滤位置不同，其环境条件千差万别，对污染物的净化效果也存在很大的差异。因此，在实际的傍河水源地布井时，应该根据实际情况来布置开采井的位置，提高生活饮用水和生产用水的质量。

图2 河岸渗滤过程中DO、硝酸盐、溶解锰、DOC的变化示意图

Fig.2 The variances of DO，NO₃，Mn⁴⁺，DOC

2.4 去除病原体污染物

由于城市生活污水的排放，使地表水体遭受病原体的污染。病原体包括细菌、寄生虫、原生动物和病毒等，这些病原体随河水入渗进入地下水中，其对人体和牲畜造成极大的威胁。

在美国路易斯维尔河研究河岸渗滤系统对细菌和病原体的去除情况，通过检测距河岸0.6m，1.5m，2.7m与15m的井中的水质发现，细菌和病原体的去除率可达2.4个对数单位。Wang等（1998）研究发现，河岸渗滤系统对俄亥俄河水中细菌及病原体的去除是随渗滤距离的增加而增加的，在河岸沉积层顶部的1～2m范围内其去除率最为显著，细菌和病原体浓度大于100个单位的河水经过河岸渗滤系统时，其浓度可降到1个单位以下。

多年来，荷兰的地表水体不断遭受病原体污染，但在地下水中很少发现这些污染物的存在，表1是在荷兰3条不同河流两岸的观测井中测到的病原体的去除情况（Havelaar et al.，1995），由表1可见，河岸渗滤系统可以有效地去除病原体。同时说明尽管河水在系统中滞留时间有很大差异，但在距河25～30m处，不同河岸渗滤系统对病原体的去除效果差别很小。在澳大利亚的5条河流的河水中都发现了原生生物，但在两岸的水井中却没有监测到它们。Havelaar等（19995）研究河岸渗滤系统对肠道类与呼吸道病毒的去除作用，与其他处理方法相比，河岸渗滤系统对病毒的去除率达4个对数单位，对大肠杆菌去除率达5～6个对数单位，其去除效果明显优于其他处理方法。当然，河岸渗滤系统中有机质含量越高，其对污染物的去除率越高。Miller与fallowfield利用土柱试验研究河岸渗滤系统对蓝藻的去除功效，结果表明，有机碳含量和粘土含量高的河岸沉积层对它们的去除率为100%。

表1 在荷兰的3个不同河岸渗滤地点微生物的对数去除情况　Table1 The log-removal of microorganisms in three different riverbank

注：“—”代表低于检测范围。

3 结语

河岸渗滤过程作为一种自然的地表污水净化过程具有很多优点，它可以去除很多污染物，与传统的处理方法相比，设备简单，处理成本低。河岸渗滤过程作为可以饮用水处理的预处理步骤，具有很好的应用前景。由于不同河流的物理化学环境复杂，目前有关这方面的数据资料很有限，我们还需要系统分析污染物在这个独特的水文地球化学环境中所发生的各种变化。

今后对河岸渗滤系统的主要研究方向如下：

（1）河岸渗滤系统可以通过物理、生物及化学作用去除污染物，但对河岸的渗透性是否有影响；

（2）河岸渗滤系统可以显著去除病原体，但需要了解其去除机理；

（3）各种污染物单独通过河岸渗滤系统时发生了哪些作用；多种污染物混合通过河岸渗滤系统时又会发生哪些作用。

随着人们对河岸渗滤系统的进一步认识，相信会有更多的科学工作者投身于对河岸渗滤系统的研究，这对人们更好地维护和运行河岸渗滤系统具有深远的意义。

参考文献

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Wolfgang Kuehn，Uwe Mueller.2000.Riverbank filtration—an overview.Journal of AWWA，92（12）：60～69.

Progress of Pollutants Removal Efficiency in Riverbank Filtration System

Xing Yong-qiang¹Li Jin-rong²Yang Zhen-fang²

（1.Sciencial Research institute of land and resource of Henan Province，Zhengzhou 450016；2.College of Environment and Water Conservancy，Zhengzhou Univ.，Zhengzhou 450001）

Abstract：In conditions of Shortage of water-resource，the importent is looking for method ofremoval wastewater，which is both low-cost and efficacy.Wastewater can be purified by a river-bank filtration system.Riverbank filtration system can remove a variety of contaminants present in the river water，such as natural organic pollutants，synthetic organic pollutants，inorganic pollu-tants，bacteria，pathogens etc.On the basis of simply outline of purification，further research directions of a riverbank filtration system are also presented.

Key words：wastewater；riverbank filtration system；purification function

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八公山区18071123623： riverbank filtration什么意思 - ？
岑浩安灭： 河岸渗滤作用

八公山区18071123623： 两个带电小球相互接触后分开,然后又靠近,这时两小球() - ？
岑浩安灭：[选项] A. 一定互相吸引 B. 一定互相排斥 C. 一定无互相作用 D. 可能相互排斥,也可能无相互作用

八公山区18071123623： 在东北冬季项目某训练中心,某滑雪运动员依靠手中的撑杆用力往后推地,获得向前的加速度a=5m/s²,力的持续作用时间是0.4s ,两次用力之间时间间隔... - ？
岑浩安灭：[答案] 由静止开始计时,每间隔0.6s中,匀加速与匀速运动反复一次,6s时间内反复10次,匀加速运动的时间为4s,总位移x1=½at1²=40m【把10次间断匀加速运动看成一个连续的匀加速运动】.连续两个时间间隔中匀速运动的速度...

八公山区18071123623： ...(可视为质点),轻轻放到一块在水平桌面上匀速向右运动的薄木板上,刚放到木板上时,A可视为静止,并距木板左端d=64cm,A放在木板后,木板在外力... - ？
岑浩安灭：[答案] 若A加速到Vo,又因为a=μg=4,所以加速时间t为Vo/a,加速距离s为(Vo^2)/2a. 由s+d=Vo*t 得Vo=2.26m/s

八公山区18071123623： 下列说法正确的是() - ？
岑浩安灭：[选项] A. 一般分子的直径小于1nm B. 蛋白质分子的直径比病毒分子的直径大 C. 纳米科学技术是纳米尺度,即1nm的科学技术 D. 纳米技术是研究天体尺度的最前沿技术

八公山区18071123623： 该如何选择家庭饮用水? - ？
岑浩安灭： 饮用水基本安全知识一、选择饮用水常识(1)优先选择饮用瓶装水或开水,如果没有条件烧开水,可饮用消毒药剂消毒后的水;不喝被污染的水,不用浑浊、有颜色水洗漱等.(2)取水优先选井水、泉水,也可选用河岸渗滤水.(3)盛水器具要经...

八公山区18071123623： 一个足球运动员带球面对扑过来的守门员,巧妙地将球向上一踢,足球在空中划过一条曲线后飞进了球门.足球在飞行的过程中,若忽略空气的作用,使它的运... - ？
岑浩安灭：[答案] 楼主我觉得你让他把题目看十遍,看他哪点能找到飞行过程中,守门员对它有力的条件.

八公山区18071123623： 力作用在杠杆上产生的效果 1.跟力的大小,方向和作用点有关 2.跟力的的大小,力臂的大小有关 3.只跟力的作用点有关 正确的是() - ？
岑浩安灭：[选项] A. 1 和2 B. 1和3 C. 2和3 D. 1 2 3

八公山区18071123623： 一道物理题如图12所示装置,物体B所受重力为GB,物体A在物体B的作用下在水平桌面上向右匀速运动.小明用一个水平向左的力拉物体A,使物体B以速度... - ？
岑浩安灭：[答案] 解决滑轮组问题常用如下两个公式:1.η=G/(G+G轮)2.η=G/nF应用公式1 GB/GB+G轮=80% 解得G轮=1/4GBGC/GC+G轮=60% 解得GC=3/8GB第一次拉滑轮组时,自由端的拉力F拉1=1/n(GB+G轮)=1/n*5/4GB第二次拉滑轮组时,自由端的...