地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.     

地下含水层中过硫酸盐运移数值模拟及其影响半径综合模型研究

过硫酸盐被广泛应用于有机污染土壤和地下水的原位化学氧化(ISCO)修复.过硫酸盐在地下含水层中发生复杂的物理和化学过程,其运移受地下含水层介质和氧化药剂输送技术参数的影响,过硫酸盐影响半径(即地下水中1 g/L过硫酸盐的边界处)预测与评价的技术难度大.本研究围绕ISCO过硫酸盐单孔连续注射情景,采用FEFLOW软件,开展了过硫酸盐在砂质、粉质含水层等代表性场地含水层中运移数值模拟研究.考虑了11个涉及地下含水层介质、氧化剂消耗和输送技术参数的影响,筛选了相关的参数及其组合项,分别表征地下水弥散、过硫酸盐衰减及二者复合作用对含水层中过硫酸盐影响半径的影响.基于模拟结果数据,构建了地下含水层中过硫酸盐影响半径时空演变的综合模型,涵盖了氧化剂注射作用、地下水弥散、过硫酸盐衰减及二者复合作用的影响,其拟合优度R²为0.990(n=2 083),对流-弥散方程的模型外部验证结果 R²为0.992(n=11).参数敏感性分析显示,地下含水层介质的有效孔隙度、过硫酸盐注入流量及注入时间、含水层厚度等参数对扩散阶段过硫酸盐影响半径的影响较大,它们的影响随扩散...     

地下水污染的数值模拟及污染预测研究——以迁安市某项目的Cr~(6+)污染为例

针对地下水污染的数值模拟及污染预测问题,以迁安市某项目为例,建立了厂区及邻近地区地下水渗流模型和溶质运移模型,选用该项目的特征污染物Cr6+作为模拟因子,介绍了研究区水文地质条件,包括厂区位置及地形地貌、场地水文地质条件和场地水文地质试验,给出了建立地下水渗流数值模型,主要有地下水渗流数值模型和数值模型构建及识别验证,对地下水污染模拟预测,包括源强设定及模拟预测原则、地下水污染模拟预测和对地下水中Cr6+的浓度变化。     

地下水六价铬运移的仿真及场地修复限值探讨

根据渗流理论,考虑地下水中水头变化的影响,利用COMSOL软件,对六价铬在地下水中的运移进行数值模拟,得到地下水压力水头和六价铬在地下水中的迁移变化规律,为六价铬对地下水的污染研究和预测提供重要的分析数据。并借此计算得出场地地下水的修复指导限值为3.17 mg/kg。     

初始浓度分布对一维含水层中溶质运移的影响

为了研究含水层中任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中的溶质运移规律,采用对流-弥散方程构建考虑任意初始浓度分布条件下一维含水层介质中溶质运移动力学数学模型,模型采用持续注入示踪剂、瞬时注入示踪剂和脉冲注入示踪剂3种不同的边界条件,数学模型的求解采用格林函数法.并通过开展室内一维砂柱实验进一步验证模型的科学性和适用性.结果表明：初始条件对溶质运移结果的影响不容忽视,新模型能够模拟不同初始条件下的一维溶质运移过程;新模型通过将流速变化处理为线性变化可以用来研究非稳定流条件下溶质运移过程;新模型是前人模型的完善,模型包含3种不同类型的内边界条件和任意的初始条件,新模型也能为地热开发利用提供理论依据.     

石油烃污染地下水原位化学氧化修复研究

针对某地块地下水中石油烃(C6～C36)污染物,该文采用过硫酸盐作为氧化剂、氢氧化钠为活化剂开展污染地下水的原位化学氧化修复。修复技术中采用正三角形方式布设药剂投入点,单点影响半径设计为3 m,注入间距5.2 m,过硫酸盐、氢氧化钠药剂投入量为地下水质量的4%～6%、0.52%～0.78%。根据监测井水质采样分析结果,实时更新地块概念模型,结果表明原位化学氧化修复在地下水中石油烃(C6～C36)污染物降解中作用明显,均达到目标修复值。硫酸盐出现局部超标和反弹现象,但残余硫酸盐对未来受体和环境的风险仍可接受。     

变流速条件下非达西裂隙流溶质运移特征研究

单裂隙介质中水流和溶质运移特性问题是裂隙地下水污染的研究基础,其水流和溶质运移规律目前尚未完全清楚。以Izbash和指数变化的地下水流速方程为基础,建立了变流速条件下单裂隙介质非达西流溶质运移模型,通过积分变换方法得到了模型的解析解,并模拟分析了非达西流和指数变化的地下水流速下裂隙介质中的溶质运移特征。结果表明:变流速条件下,非达西参数n越大,则溶质运移速度越快;在非达西流作用下,地下水流速衰减指数λ越大,地下水流速衰减得也越快,溶质运移速度越慢;此外,随着渐进流速增大,对流作用增强,从而导致溶质穿透曲线(BTC)发生了较大的变化。该模拟结果不仅探讨了存在变流速、非达西流下裂隙介质中溶质运移的时空变化规律,同时也为该条件下地下水污染研究提供了理论依据。     

地下水中污染物运移过程数值模拟算法的比较

数值模拟已成为目前地下水有机污染现场中,预测和评价溶解相有机污染物运移的主要手段。自从MT3D问世以来,它在地下水溶质运移的模拟中得到了广泛的应用。MT3D中包含有4种不同的数值算法——MOC,MMOC,HMOC和UFDM。利用Processing MODFLOW Pro.7．0.5建立了均质一维流动的地下水数学模型,考虑溶解相有机污染物在地下水中运移时的4个主要影响因素——对流、弥散、吸附和降解,设定了14种代表性的情形,模拟了等浓度污染源条件下污染物的运移,并将不同数值算法的计算结果与理论解进行比较,从而研究不同数值算法的优缺点,为实际数值模拟时算法的选择提供依据。     

绿洲土地利用对地下水矿化度时空变化影响的定量评估

绿洲土地利用对地下水矿化度时空变化影响模拟的关键在于如何在模型中体现土地利用的影响。论文在已建立对流－弥散溶质运移方程模拟地下水矿化度模型的基础上,把土地利用对地下水矿化度的影响视做地下水矿化度模型的源汇项,作为面上因子处理,并且把土地利用对地下水溶质变化的影响方式归纳为两点：入渗水把溶质带入地下水体和排泄地下水带走溶质。入渗水带入地下水的溶质数量就是从土壤剖面中淋洗到地下水的盐分,可以用试验确定一定入渗水量下土体脱盐率的方法计算。地下水排泄带走的溶质数量可以用排泄的地下水量与其矿化度积的方法计算。土地利用单元的土体含盐量和地下水矿化度用GIS和FEFLOW结合计算。入渗水带入地下水的溶质数量和排泄水带出地下水的溶质数量的和即为土地利用单元上的源汇量。把模拟结果与历史情况结合分析,证实预测的地下水矿化度变化趋势与历史上类似的土地利用引起的地下水矿化度结果是比较符合的,证明这种处理土地利用对地下水矿化度影响的原则和方法是可行的。而且说明目前的土地利用模式发展下去会导致地下水矿化度的上升,将导致土地盐渍化程度加重,从而影响到土地利用。     

土壤和地下水耦合数值模拟研究进展

土壤和地下水在水分运移、污染物迁移转化等方面高度相关,基于数值模拟预测土壤和地下水耦合污染趋势可以为土壤与地下水污染协同防治工作提供定量化技术支撑。文章综述了土壤和地下水数值模拟方法,总结了土壤和地下水中水流和溶质运移的耦合数值模拟研究进展,并对耦合数值模拟研究的未来发展趋势进行了展望。     

污染地下水修复技术研究

随着工业化进程的加快,越来越多的化学污染物通过各种途径进入到土壤系统,使地下水受到严重污染,从而直接或间接地威胁到人类的健康,因此地下水污染修复引起了社会的广泛关注。简要说明了中国地下水污染现状,从原位与异位两种不同实施类型详细地介绍了地下水污染修复技术的分类,比较了物理修复、化学修复以及生物修复的优缺点,并展望了地下水污染修复技术未来的发展方向,为地下水资源保护和合理利用提供依据,为相关领域的研究提供参考。     

场地地下水1,2-二氯乙烷污染的修复实验与数值模拟研究

为筛选适宜的地下水中1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)污染的修复方法,本文开展原位修复包括化学氧化清除技术、监测自然衰减技术及其集成技术的有效性研究。首先通过室内实验,研究高铁酸钾和过氧化氢这两种不同氧化剂对1,2-DCA化学清除的效率以及清除过程中对地下水化学环境的影响。结果表明,高铁酸钾和过氧化氢均能有效的进行化学清除工作,且在60 d后对1,2-DCA的去除率都超过了95%。在反应最佳作用时间内,菌落总数会急速下降,随着时间推移和氧化剂的消耗,菌落总数重新大幅度的回升,这表明即使在化学氧化清除效果减弱之后,依旧可以进行自然降解修复。在此基础上,利用野外水文地质资料与水化学监测资料,建立地下水污染修复数值模拟模型,并通过数值模拟结果分析评价监测自然衰减、化学氧化清除和化学氧化-自然衰减三种不同修复技术的可行性及效果差异,为场地地下水有机污染修复技术的筛选提供不可或缺的依据。     

地下水LNAPL层的原位曝气模拟研究

曝气法(Air sparging,AS)已经成为修复地下水、土壤有机污染的重要技术,与数值模拟技术相结合可优化修复条件。文章利用TMVOC多相流模型研究了地下水位处LNAPL层的迁移转化,并通过情景模拟比较曝气法对污染修复的贡献率。只考虑地下水水流的对流-弥散作用时,目标污染物苯并没有得到彻底去除,只是通过下边界流出。60 d苯的质量损失率仅为1.79%;而连续曝气30 d后苯的去除率就可达到31.4%,最终脉冲曝气苯的损失率为44.8%。增大曝气量能提高气相渗透率及气相-液相接触面积,扩大污染物修复范围;当超过某一值(12 m3/h),其增量对污染物修复影响甚微。当曝气点位于低渗透岩层下方时,低渗透岩层会阻碍气流的垂向迁移,位于低渗透岩层上方的污染物很难得到除去。曝气法适用于溶解、挥发性较好的污染物。     

美国污染场地修复技术对我国修复行业发展的启示

随着我国工业化进程的发展,暴露出来的土壤污染问题越来越严重。对我国2005—2019年以来455个污染场地修复项目进行了统计分析,发现我国污染场地修复项目数量逐年递增,修复方式以异位修复为主,占比为63%,修复技术以阻隔/填埋（29%）、固化/稳定化（18%）为主。相比之下,2005—2014年,美国污染场地修复方式实现了从异位修复到原位修复的转换,原位修复技术占比达到54%,其中土壤气相抽提技术、物理分离、固化/稳定化技术、化学修复和生物修复技术应用居多,地下水抽提-处理技术的应用逐年下降。基于美国修复技术发展趋势,我国未来修复技术路线应以原位修复为主。     

电阻率成像法在原位修复药剂灌注成效评价中的应用

场地原位修复中的修复药剂灌注成效是场地修复成果的关键,因此如何评价修复药剂灌注成效对场地原位修复具有重要意义。采用电阻率成像法(electrical resistivity tomography, ERT)对云南某焦化场地在原位修复过程中的修复药剂灌注成效进行评价。根据灌注前、灌注中、灌注后的地下电性差异及变化特征,推断修复药剂在地下的传输分布情形。结果表明：灌注前后监测井中地下水的水温、pH、电导率、氧化还原电位、溶解氧等基本水质参数的变化与场地2D与3D剖面的电性变化基本保持一致,表明修复药剂灌注成效较好,证实了ERT在原位修复药剂灌注成效评价中具有较好的可行性和适用性,可对类似场地原位修复提供参考借鉴。     

地下多孔介质中表面活性剂的迁移行为及其影响因素

表面活性剂在土壤及地下水修复中起作用主要依赖于其在地下多孔介质中的迁移能力,因此深入研究表面活性剂在地下多孔介质中的迁移行为对其在修复领域中的有效应用具有重要意义。通过综述表面活性剂在地下多孔介质中迁移行为的国内外研究进展,深入剖析了表面活性剂迁移所涉及的主要过程、相关迁移模型以及影响因素,指出了现阶段表面活性剂迁移行为研究中存在的不足,并对后续研究重点进行了展望,以期为土壤及地下水修复过程提供相关的理论指导。     

污染场地水平修复井技术的研究进展及应用实践

常用的污染场地原位修复技术主要通过竖直井实现,但竖直井修复技术存在单井接触范围小、精准度低、难以在地表设施较多的场地实施等问题。污染场地水平修复井技术通过水平定向钻进手段协同化学氧化/还原、气相抽提、地下水抽出处理等修复方式靶向去除场地土壤/地下水污染区域的污染物,克服了竖直井修复技术的不足,适用于在产设施和构筑物下方的土壤/地下水修复。针对该技术的应用原理、技术优势及局限性、国内外研究进展等方面进行探讨。该技术在J省N市某石油烃污染场地进行了工程示范,并结合软件模拟论证,采用水平修复井技术协同碱活化的过硫酸钠药剂注入。结果表明:该技术的实施不受修复区域地表市政设施的限制,对场地及周边环境扰动小,单井接触范围大,修复精度更高,工期100 d内石油烃浓度降低了96.47%,达到修复目标值。该技术的成功示范可为我国原位修复技术的发展提供切实可行参考,其推广和使用前景广阔。     

某染料化工厂地块苯系物分布特征分析

为掌握长江中游某染料化工污染地块土壤中苯系物分布特征,对地块17个地下水样品和343个土壤样品进行了测定。结果表明:地下水和土壤苯系物分布区域一致,污染具有同源性;地块地势平坦,土壤水平渗透性差,污染物扩散范围有限。受土壤防污性能影响,苯,间、对-二甲苯及邻-二甲苯主要在7.2 m深度以上土壤中检出;3种物质在土壤中主要以轻质非水相液体（LNAPL）存在,在地下水水位附近出现聚集,在饱和带以溶解态继续向下迁移扩散。土壤中氯苯主要以重质非水相液体（DNAPL）存在,其浓度大,迁移深度深,与氯苯在土壤中存在形态、迁移时间以及地质条件有关。后续修复工程中,建议浅部污染土采用异位常温解吸和化学氧化联合修复技术,深部污染土和受污染地下水一同采用原位化学氧化修复技术。