地下水环境影响评价中污染物运移模拟软件的适宜性评估

目前国内外已发展了一系列成熟的地下水污染物运移模拟软件,但是软件功能各异,易造成使用者的选择困扰.为满足HJ 610—2016《环境影响评价技术导则地下水环境》（简称“《导则》”）中关于环境影响预测工作精细化的要求,对国内外常用饱和带和包气带污染物运移模拟软件的适宜性进行了评估.首先,针对三款常用饱和带污染物运移模拟软件BIOSCREEN、AT123D和MT3D,基于理想算例对比4组水动力条件设置下的计算结果,分析软件的适宜性;其次,针对《导则》中暂未给出的包气带污染物运移模拟软件,以FEMWATER为例探讨了包气带阻滞作用对于地下水环境影响评价的重要性.结果表明:①BIOSCREEN由于忽略了分子扩散作用,当Pe（Peclet数）为0.25×10-3时,其预测的污染源下游10 m处污染物浓度为AT123D和MT3D计算值的1.8倍,存在高估污染风险的可能.②相比污染源直接设置于潜水面的情景,污染物从距潜水面11 m的地表泄露,经过包气带后污染源强降低了24%,下游85 m处污染物浓度达到0.1 mg/L的时间延迟了390 d.③当地下水流速较慢,分子扩散作用相比对流作用占优势时,适用MT3D开展数值模拟或者采用AT123D进行解析预测;当对流作用占优势且水文地质条件接近解析解假设时,可利用BIOSCREEN粗估污染风险.研究显示,包气带污染物运移模拟软件有助于合理地预测污染物在地下水环境中的运移转化行为,从而更准确地估计污染源强和判定地下水环境污染风险.      

包气带土层中石油污染物生物降解的温度效应

温度是影响包气带土层中石油污染物自然衰减的重要因素.通过室内模拟实验对油污土层微生物降解的温度效应进行研究,并预测不同温度下石油污染物的半衰期.结果表明,温度对生物反应速率常数的影响符合关系式K=3145exp(-5233/T).根据该式对石油污染物的半衰期进行预测,得出5℃、10℃、20℃和30℃时包气带土层中石油污染物的半衰期分别为1499 d、1075 d、572 d和317 d.     

黄河水体石油类污染物生物降解模拟实验研究

采用模拟实验的方法研究了自然条件下石油类污染物的生物降解规律.结果表明,向泥沙含量为0g/L或0.5g/L的黄河水样中加入大约10mg/L的石油类污染物,经过一星期左右的驯化期后,石油降解菌菌落水平逐步升高;当石油类污染物的初始浓度为11.64mg/L,温度为20℃时,泥沙含量为0.5g/L的黄河水样中大约85%的石油类污染物在63d内能得到微生物降解;水体中泥沙的含量和石油类污染物的初始浓度均显著影响石油类污染物的生物降解速率,且在不同时段的影响不一;水体中泥沙的存在亦影响到石油类污染物的生物降解动力学.     

基于现场试验的石油类污染物自然衰减能力研究

基于在北京地区某加油站开展的油类污染物自然衰减试验,通过氧平衡和碳平衡计算对加油站土壤内石油污染物的自然衰减方式进行了评价,利用一级衰减模型对该污染现场土壤中油污染物的降解速率和半衰期进行了计算,并在此基础上对该加油站包气带土壤的自然衰减能力和环境质量进行了评价.结果表明,该污染场地实际耗氧量小于污染物全部需氧降解所需要的理论耗氧量,检测到的CO2的量也远小于需氧降解的理论生成量;污染点石油污染物的半衰期约为50 d左右.根据以上结果得出以下结论：①该加油站地下土壤中实际发生的微生物降解既有需氧降解也有厌氧降解;②第一次监测时超过环境标准的苯浓度大约在250 d左右降至保护地下水的筛选值以下,污染点已经不存在环境风险,该污染现场的环境监控措施可以解除.     

基于Hydrus-1D的粉煤灰堆场Cr(Ⅵ)在包气带中迁移规律的研究

粉煤灰长时间存储于堆场,在风化和雨水淋滤的作用下,会释放出有毒有害的微量元素,污染堆场周边地下水。土壤吸附动力学实验表明,Cr(Ⅵ)溶液的初始浓度为0.5 mg/L时,在20 min左右可达到吸附平衡。等温吸附实验表明Freundlich吸附方程切合吸附动态,拟合相关系数为0.999。土柱实验表明,在灰土分界面和底部出水口处Cr(Ⅵ)浓度随时间变化趋势均为先增大后减小,均在第16天达到最大值。利用Hydrus-lD软件对底部出水口处Cr(Ⅵ)浓度进行了拟合,拟合相关系数为0.916。利用该软件预测了40 t内土柱各剖面出水口处Cr(Ⅵ)浓度,结果表明,Cr(Ⅵ)在包气带不同深度处的迁移规律相似,但出水口越靠近底部,最大值出现的时间越晚。对Cr(Ⅵ)运移进行一年的预测发现,Cr(Ⅵ)在第3个月25 cm深度处有最大的浓度,且该浓度超过了地下水Ⅴ类水质标准。     

石油污染包气带中降解微生物的分布特性

包气带土层系统中油类污染物的性质和降解微生物的分布特性是影响污染物自然衰减和污染包气带强化生物治理的重要自然和生物学因素 .对淄河滩油污土层的石油类污染物的含量、污染物质组成的分析 ,以及微生物的分离和培养的研究结果表明 ,饱和烷烃、环烷烃和多环芳烃构成淄河滩油污土层中主要烃类污染组分 ,其含量高达 90～200 g· kg^-1干土 .淄河滩石油污染土层中降解菌主要为好氧异养菌 ,菌群数量高达 10⁶～10⁷个·g^-1干土 .为包气带土层石油类污染物的自然衰减和净化提供了良好的生物条件 .     

PTA生产废液在包气带中迁移的模拟研究

以一工厂PTA生产废液为研究对象,选择COD为PTA生产废液特征污染因子,通过静态吸附及土柱淋滤实验确定包气带土层粉质粘土对PTA生产废液中污染物质的吸附、生物降解及弥散系数,利用Hydrus-1D软件建立污染物在包气带中迁移的对流-弥散模型,预测其在包气带土层中的迁移规律.结果表明:包气带中粉质粘土对PTA生产废液中污染物质有吸附、降解等阻隔作用,但吸附、降解系数均很低,分别为0.256cm3/g 和0.0077d-1.因此当PTA生产废液的COD浓度为4000mg/L,蓄水池中废液深5m,定水头持续淋滤厚为10m的包气带时,11.76年潜水面处地下水中COD含量超标.     

包气带砂层中垃圾渗滤液自然衰减作用研究

通过实验定量分析了包气带砂层中影响垃圾渗滤液污染物自然衰减的吸附作用和生物降解作用。通过静态吸附实验计算得到砂层对COD和NH4+的理论最大吸附量为52.36和35.34 mg/kg。在生物降解作用研究中,确定HgCl2为生物作用抑制剂,最佳抑制浓度为10 mg/L。通过模拟柱对比得出包气带砂层中,生物降解是垃圾渗滤液污染物自然衰减的主要机制。生物作用和自然衰减条件下,垃圾渗滤液中COD在包气带砂层中的一级衰减动力学方程分别为:ρ(COD)=642221e-0.0017t和ρ(COD)=642221e-0.0021t。     

胶州湾石油烃污染物环境容量计算

根据石油烃污染物在多介质海洋环境中分布动力学模型建立了胶州湾海域石油烃污染物海洋自净容量(SPCo)计算方法。模型运行表明，该模型可以很好地模拟胶州湾海水中石油烃污染物年均浓度的年际变化。根据该模型，分别计算了胶州湾石油烃污染物SPCo，以及在不同海水水质标准条件下胶州湾石油烃污染物标准自净容量(SPCo^(s))、环境容量(ECo)和剩余环境容量(SECo)。根据运算结果可以推断，今后胶州湾在保持一级海水水质标准条件下可再接纳200t左右石油烃污染物，在二级海水水质标准条件下可再接纳600t左右石油烃污染物。     

黄土地区石油类污染物的径流污染模拟及模型预测

在土壤石油污染负荷为721－16060mg/kg、暴雨强度为 0.5－1.70mm/min的条件下进行了室内径流污染模拟试验研究．结果表明,随土壤石油污染负荷的提高,产流量与释放至水中的污染物浓度均增大,但产沙量降低;随暴雨强度的增大,产流、产沙、产污的强度均提高．试验条件下释放于水中的石油污染物浓度可高达1.56－15.6mg/L,由此进一步表明,暴雨径流对水体造成的石油污染不可轻视．在试验研究基础上,建立了径流污染过程的稳态产流、产沙、产污模型;应用该组模型对土壤石油污染负荷为 7050mg/kg和不同雨强下的径流污染进行了预测,预测结果与试验模拟结果吻合良好     

渤海海域夏季石油烃污染状况及其环境容量估算

根据调查分析了渤海海域石油烃污染状况,建立了渤海石油烃多介质动力学模型,估算了渤海海域石油烃污染物环境容量和剩余环境容量。结果表明,调查海域石油烃平均浓度为(25.7±13.6)mg／rn3,变化范围为4.4~64.8 mg,／m3,其中,莱州湾,渤海湾等近岸海域污染较严重。在一、二类国家海水水质标准下,渤海海域石油烃污染物环境容量(ECo)为29 169 t／a,在三类国家海水水质标准下ECo为177 306 t／a,在四类国家海水水质标准下ECo为298 446 t／a,各海域在一、二类国家海水水质标准下石油烃污染物环境容量分别为,渤海湾5 255 t／a,辽东湾8 869 t／a,莱州湾4 889 t／a,渤海中部10 156 t／a。     

溶质迁移模型在地下水有机污染源识别中的应用

采用现场调查与数值模拟的方法,借助RT3D(reactive transport in 3-dimensions),对我国北方某城市局部地区地下水中的四氯乙烯(PCE)和三氯乙烯(TCE)污染来源进行了识别,对污染输入强度进行了反演,并利用Matlab中的Stepwise函数,对影响污染物输入强度的因素进行了多元回归分析.研究结果显示,研究区地下水中的PCE和TCE主要来源于区内使用有机溶剂的工厂和企业.地下水中的PCE和TCE存在天然衰减,在173天中,3个点的PCE浓度分别衰减了93.15%、61.70%和61.00%;TCE分别为70.05%、73.66%和63.66%.通过模拟识别出的4个点状污染源在模拟期间共向含水层中输入0.910 6kg PCE和95.693 8 kg TCE.回归分析结果显示,大气降水与包气带厚度是有机物输入地下水的主要影响因素.35 cm深的包气带中PCE和TCE浓度介于0～5 mg.kg-1之间.以上结果表明,区内地下水中PCE和TCE来源于地表释放的有机污染物.有机污染物一部分在向下迁移过程中自然衰减了,一部分进入包气带,然后又进入了含水层.由于本区第四系以砂卵砾石为主,所以大气降水促进了PCE和TCE向含水层的迁移.     

基于MIKE 21 FM模型的地表水影响预测

应用MIKE 21 FM水质模型进行地表水影响预测,建立了以三角形网格为基础的二维水动力模型范围地形文件,设置、率定和验证了模型参数(糙率系数、涡粘系数、时间步长、干湿边界、水深、流速、扩散系数和衰减系数),数值模拟黄河平均流量(50%保证率)时正常工况和非正常工况条件下,入河污染物(COD、氨氮、石油类和全盐量)对黄河地表水环境的影响过程,根据模型预测结果可以得出不同工况条件下各类污染物的扩散影响分布范围,为合理预测污染物对地表水的影响提高了科学依据。     

聚砜膜和聚乙烯膜对石油微污染水源水的处理效果研究

采用聚砜膜和聚乙烯膜对石油微污染水源水的超滤处理效果进行了中试试验,研究了原水中含油浓度、pH值、温度对两种超滤膜处理效果的影响。结果表明:当原水含油浓度≤0.5mg/L时,两种超滤膜对石油类污染物的去除率可以达到100%,当原水含油浓度≤1.0mg/L时,采用聚乙烯膜更加经济有效,当原水含油浓度>1.0mg/L时,采用聚砜膜石油类污染物的去除率可以达到90%以上,当原水含油浓度>2.0mg/L时,采用聚砜膜可以得到更为良好的处理效果;在酸性和碱性条件下,两种超滤膜对石油类污染物的去除率均随着酸性和碱性的增强而提高;当原水的温度上升时,两种超滤膜对石油类污染物的去除率明显降低。     

包气带油污土层生物修复现场控制性因素的评价

包气带油污土层的生物修复涉及到石油降解微生物、石油污染物的可生物降解性和土壤环境三个方面.本文通过最或然计数法(MPN)、原油族组分柱层析分析方法和色质联机分析等实验手段,研究了淄河滩包气带油污土层的水力学特性、氮磷营养元素、微生物和石油污染物.结果表明,长期受石油污染的土层含有丰富的微生物,其中大部分具有降解石油烃的能力,且土层的渗透性极强,有利于开展油污土层的生物修复.同时,长期的挥发、淋失和转化造成土层中石油污染物主要由高分子、高沸点烃类组成,且油污土层的速效氮、速效磷含量太低,直接增加了生物修复的难度,成为不利于生物修复的影响因素.     

石油污染物水生生物基准初探及区域风险评估

收集和筛选了石油污染物对我国海洋生物的生物毒性数据,共获得18属急性毒性数据和6属慢性毒性数据。基于美国水生生物基准方法,通过数据分析对我国石油污染物海洋生物基准进行了研究。结果表明石油污染物的我国海洋生物长期和短期基准值分别为0.028 64 mg/L和0.142 2 mg/L;在有黄道蟹属生物分布的辽东半岛等区域,长期和短期基准值分别调整为0.004 380 mg/L和0.021 77 mg/L。依据获得的基准值对文献报道的石油暴露的相关海域进行了风险评估,结果显示:部分海域具有较高的风险,尤其珠江口的石油污染状况值得关注。研究结果可为我国海上溢油事故应急及海洋环境的日常管理提供参考。     

垃圾渗滤液对地下水水质影响的数值模拟预测——以冕宁县漫水湾生活垃圾填埋场为例

垃圾填埋场的渗滤液渗漏是周围地下水环境的主要威胁之一。以冕宁县漫水湾垃圾填埋场为例,预测垃圾渗滤液对浅层地下水环境的危害程度,通过Modflow和MT3D模拟分析了正常工况和事故工况条件下渗滤液中COD和NH_3-N在地下水中的运移过程。结果表明:在垃圾场运行中,地下水中污染物浓度增加并向下游扩展。正常工况下,污染物NH_3-N的最大迁移距离为141 m,最大浓度为3.5 mg/L;事故工况下,污染物NH_3-N的最大迁移距离为290 m,最大浓度为7.0 mg/L。随着污染物迁移距离的扩大,污染物浓度开始下降。垃圾场封场20年后,渗滤液中ρ(COD)和ρ(NH_3-N)分别为0.06,0.006 mg/L。     

修复达标土壤回填对地下水环境影响的层次化评估方法应用研究

以含1,2-二氯乙烷等10种有机物污染土壤异位修复后回填为例,采用层次化方法评估将按原厂址健康风险评价确定的修复目标进行达标修复后的土壤回填对回填区地下水下游700 m处饮用水井水质的影响.第一层次预测结果显示8种污染物在回填土层淋溶液中的浓度将超过评价标准,可能对目标水井水质造成污染.考虑回填区非饱和带土壤的吸附截留进行第二层次评价的结果显示,到达回填区地下水水面处浓度依然超过评价标准的污染物降低至6种,不能排除对目标水井的水质影响.进一步考虑地下水混合稀释进行第三层次评估的结果显示,经地下水混合稀释后,超过评价标准的污染物降低至4种.最后,考虑饱和带吸附截留作用进行第四层次评估的结果显示,目标水井中超过评估标准的污染物仅1种.由此可见,随着评估层次的不断深入,虽然所需开展的工作及获取的场地参数增加,但是污染物预测浓度更接近目标预测点的浓度,需调整修复目标的污染物数量逐渐减少,污染防治成本将逐渐降低.     

完全对称电场对电动-微生物修复石油污染土壤的影响

针对石油这种非极性复杂有机污染物难以去除的特点,以含油量为50 mg/g的石油污染土壤为研究对象,运用行/列循环切换方式,每5 min切换一次电极极性,建立空间和场强上完全对称的电场,旨在研究完全对称电场条件下电动-微生物联合修复对石油污染物去除率的影响. 对土壤有效氮、有效磷、有效钾等营养物含量以及降解菌数量在电场作用下的变化进行比较. 结果表明,1 V/cm的电压梯度下,土壤中的w(有效氮),w(有效磷)和w(有效钾)分别为初始值的1.3,1.6和1.2倍;同时,在电场作用和电极极性切换条件下,土壤的pH为6.3±0.2,温度升高2～3 ℃,石油降解菌的数量增加,当处理时间为20 d时,降解菌数量最大值达2.3×109 　CFU/mL,进而提高了石油的去除率. 烷烃在电动处理下降解速率加快,60 d烷烃去除率达到15.73%. 经过60 d的电动-微生物修复,石油去除率达到33.42%,是对照组的2.4倍.      

鄂尔多斯某燃煤电厂污染物在细砂和砂质粉土层中的运移规律

以燃煤电厂较为集中的鄂尔多斯为研究区域,选取目前易被忽视的2种电厂污染物氨氮、氟离子作为污染因子,探究此类污染物在区域内非饱和带土壤细砂、砂质粉土层的运移规律。通过室内实验、Hydrus-1D软件建立模型进行模拟预测,以获得污染物垂向分布规律。由动态淋滤实验可知:污染物在细砂中的完全穿透时间小于砂质粉土;Hydrus-1D模拟值与实测值相关性较好,相关系数为0. 950～0. 996;模型校准后,获得用于模拟预测的最佳参数值,细砂土与砂质粉土弥散度α分别为0. 937,0. 75 cm;氨氮在细砂土与砂质粉土中溶质反应参数Kd、Nu分别为2. 5 mg/m L,50. 9 m L/mg,氟离子分别为4. 83 mg/m L,28. 91 m L/mg;模拟持续排放污染物情况可知,短时间内可穿透10 m厚细砂土层,砂质粉土层对污染物截留能力相对较优;高浓度污染物一次性入渗时,高浓度污染物一次性入渗时,污染物10天时穿透10 m砂土层,180 d时氨氮污染物穿透砂质粉土层,氟化物未能穿透。模拟预测可判断污染物是否能够穿透非饱和带进入地下水取决于污染物浓度、土层质地与厚度、污染物排放时间等因素的共同影响。