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在接近工业废料场或工业设施区域内三氯乙烯污染饮用水的问题引起人们的关注。室内空气中的三氯乙烯是由于被污染的水挥发所造成的，并且三氯乙烯蒸气还能通过基底结构和地基裂缝从被污染的土壤和地下水中渗出。在新泽西州的一项水井水质的调查中，315口水井中有将近20％检测出井水中的三氯乙烯超过了1ppb检测限[5]。三氯乙烯的存在导致了长岛，纽约州和马萨诸塞州供水井的关闭[6]。按照有毒物质排放清单，从1987年到1993年，向水中排放的三氯乙烯的总额超过10万磅，向土地排放的总额超过19.1万磅。
三氯乙烯会对人体的大脑中枢神经系统产生影响，产生头痛、恶心、眩晕、嗜睡等症状，还会损伤面部神经，引起皮疹。严重暴露还可能损害肝脏和肾脏。三氯乙烯能引起动物肿瘤，并可能导致人类癌症。它本身并不致癌，但经人体肝脏的代谢作用后会对人类健康产生危害[7]。三氯乙烯经酵素氧化形成可能致癌的环氧化物[8]。同时，在去卤化的过程中会产生具有致癌性的氯乙烯（Vinyl Chloride，VC）。一些证据表明，母体在怀孕期间接触三氯乙烯可能会增加流产的风险，也可能会导致孩子的中枢神经系统缺陷、神经管畸形、心脏畸形、口腔裂缺陷（如腭裂）和出生体重较轻。一项研究报告指出，先天性心脏畸形婴儿的发生率与母亲接触被三氯乙烯和二氯乙烯污染的饮用水有关[9]。在另一项研究报告中表明，住在三氯乙烯污染圈1.5英里内的母亲所生婴儿患有先天性心脏缺陷的发生率增大；但在本研究中三氯乙烯的浓度没有直接测量[10]。美国环境保护机构（US.EPA）设定的三氯乙烯的最高污染物水平（Maximum Contaminant Level，MCL）和最大污染物水平目标（Maximum Contaminant Level Goal,MCLG）分别为5微克/升和0微克/升。
由于三氯乙烯的密度较大且比水重，即重质非水相液体(Dense Nonaqueous Phase Liquid，DNAPL)，容易形成污染团而且会持续释出污染物。DNAPL主要以自由相或者残留相两种形态存在于地下环境中。当浓度足以在土壤孔隙间形成联结(pore-to-pore connection)，DNAPL则以自由相存在。由于重力作用，DNAPL具有移动性，除非遇到特殊的地层构造可拦住其移动。在移动的过程中，因毛细作用会在路径的土壤孔隙间残留少量的DNAPL，形成残留相，残留相不具有移动性，而且不易被调查出來。所以一般的地下水抽出处理法(pump and treat)，很难有效的去除DNAPL，因为抽出地下水的比例多于DNAPL。移动相的DNAPL在向下移动时若碰到颗粒较细的土壤层时，可能会无法穿透这些细质土层而堆积在上形成DNPLA池，DNAPL池会被地下水所驱动，表现为向地下水流方向延展[11]。由于含有不溶的三氯乙烯，DNAPL池可作为污染扩散源区。地下水在移动的过程中通过或围绕这些区域，三氯乙烯便会分配到水相中。水相中的三氯乙烯通过含水层的对流和扩散来进行传播。结果较小的污染扩散源区就可以污染大部分的含水层并使得饮用水的指标超标。例如，在德克萨斯州8千克非水相的三氯乙烯污染了12.3×106加仑的水，且平均污染浓度为176ppb[12]。
阻碍治理技术成功实施的主要原因便是有害化合物的疏水性，它限制了污染物在水相中浓度。低水相污染物的浓度水平导致低转换率，从而延长了治疗时间，导致成本较高。为了确定环境中污染物的行为、迁移和宿命，并设计修复系统，必须考虑到污染物的物理和化学性质。人们已经开发了一些水处理的工艺，并付诸实践。活性炭吸附（activated carbon），空气吹脱（air stripping），生物修复（bioremediation）和高级氧化法（advanced oxidation processes）普遍用于治理被三氯乙烯污染的地下水。