地下水水位波动对石油污染物迁移及透镜体位置的影响

近年来石油类污染在土壤和地下水环境中日益严重,由于天然及人为因素导致的地下水水位波动会造成污染物的二次迁移,扩大污染范围,因此探究水位波动对污染物迁移的影响刻不容缓。以柴油为例,利用二维模拟槽模拟柴油在地下水水位波动带中的迁移情况,通过控制水位升降模拟地下水水位波动,研究柴油透镜体的位置、模拟槽内柴油-水-气体饱和度随水位波动的变化,分析地下水水位波动对石油类污染物在地下水非饱和带中迁移的影响。结果表明:当水位向下波动时,油相可驱替水向下迁移,透镜体位置下移,迁移的过程中部分油相被介质吸附形成残余相,导致残余相柴油的污染范围增大;而当水位向上波动时,水可驱替油相向上迁移,透镜体位置上移,迁移的过程中部分油相溶解,导致溶解相柴油的污染范围的增大。该研究可为实际污染场地的修复提供理论支撑。     

非饱和带柴油入渗实验研究及HSSM模拟

通过土柱模拟实验研究了柴油在不同含水率、不同粒径砂土中的入渗及残留特征,并采用HSSM(Hydrocarbon Spill Screening Model)模拟了柴油在含水率为6%中砂介质中的入渗过程.结果表明:随着介质含水率增加,柴油在介质中湿润锋推进速度先增大后减小,最快速度对应含水率处于相应介质最大残余含水率40%~50%范围内,残余柴油量随介质含水率增大而减小.在细砂、中砂和粗砂3种介质,柴油入渗平均湿润锋推进速度分别为0.42,0.52,0.73cm/min;平均残余柴油量分别为98.10,68.70,48.79mL. 湿润锋推进速度及残余柴油量均与介质粒径呈负相关.HSSM拟合柴油在含水率为6%中砂介质中的湿润锋推进速度为0.5832cm/min,与实验值0.5689cm/min相比,相对误差为2.51%.HSSM能较好的模拟柴油在非饱和带入渗过程,对于土壤及地下水污染预报具有重要意义.     

表面活性剂强化空气扰动修复中不同介质曝气流量作用及变化规律

采用填装中砂(0.25~0.5mm)、粗砂#1(0.5~1.0mm)、粗砂#2(1.0~2.0mm)的一维砂柱,研究了气流在孔道流和鼓泡流运行方式下,原位空气扰动(AS)技术中曝气流量与空气饱和度和曝气压力的关系,以及添加表面活性剂后的关系变化,并探讨了在中砂介质中表面活性剂的添加对苯污染物去除效率的影响,结果表明:在同一种粒径中,空气饱和度随着曝气流量的升高而增大,最后趋于平稳;相同的曝气流量下,AS技术在地下水中空气饱和度与介质粒径呈负相关关系,而在表面活性剂(SDBS)浓度为200mg/L的地下水中空气饱和度与介质粒径呈正相关关系;这说明AS技术在地下水的修复过程中较粗的介质往往需要较大的曝气流量,而表面活性剂的添加,则可以有效的改变这种情况.曝气压力随着气体流量的上升而线性增加,线性方程的斜率与介质粒径呈负相关关系.当介质粒径为0.5~1.0mm时,在一定表面张力范围内表面张力与空气饱和度呈反比关系,当表面张力大于49m N/m时空气饱和度趋于稳定.当介质粒径为0.25~0.5mm时,表面活性剂的添加可以有效的提高苯污染物的去除效率.     

水位变动条件下二元结构岸坡稳定性分析——以扬中市指南村崩岸段岸坡为例

以指南村崩岸段岸坡为研究对象,通过实地调查开展地质钻探工作,获取岸坡土体的物理力学参数,并基于饱和-非饱和土渗流理论、非饱和土抗剪强度理论及极限平衡法,研究江水水位变动过程中二元结构岸坡稳定性的变化。结果表明:(1)岸坡土体为二元结构,上层为粉质黏土,下层为粉砂,粉砂层厚度较大且透水性较好,为地下水流动提供良好环境。(2)水位变动引起的饱和-非饱和土渗流对于岸坡稳定性有明显影响,岸坡稳定性在涨水期随水位上升而增大,在退水期随水位下降而减小。退水期安全系数明显低于相同条件下涨水期和洪水期,即水位降落导致岸坡稳定性降低,极易发生岸坡崩塌。(3)水位上升速度越快,岸坡安全系数最大值越大,即岸坡在水位骤涨时更加稳定;水位下降速度越快,岸坡安全系数的最小值越小,即岸坡在水位骤降时更容易发生失稳崩塌。     

基于孔隙网络模型的表面活性剂去除LNAPLs作用力分析

通过多孔介质网络模型试验,并采用可视化技术研究了可溶相液体注入条件下轻质非水相污染物(Light non-aqueous phase liquids,LNAPLs)去除过程中多孔介质孔隙内毛细力和粘滞力的作用机理.实验和理论分析发现,可溶相液体去除孔隙内正十六烷在第一阶段(0～17823s)去除率为40%～50%,第二阶段(17823s之后)去除率为80%～95%,即正十六烷残余饱和度5%～20%;Triton X-100溶液可以大大降低多孔介质孔隙中LNAPLs的残余饱和度,最终正十六烷残留量为4.4%,是蒸馏水注入过程中正十六烷残留量的22.3%.蒸馏水注入过程中的毛细力比1100mg·L-1Triton X-100溶液驱替NAPLs的毛细力大1个数量级,使得该毛细数位于毛细指进区(logNCa∈10-4),多孔介质内所有滞留的NAPLs保持静止.多孔介质内NAPLs主要被驱替去除;毛细数小的蒸馏水注入条件下,更多的NAPLs滞留在孔隙内;注人液在孔隙内流动溶解了部分NAPLs,导致NAPLs残余饱和度小于孔隙内由于毛细作用滞留的NAPLs初始饱和度.     

大同盆地地方氟病地区土壤中氟的赋存形态研究

以大同盆地地方氟病地区土壤为研究对象,采用连续化学提取法逐级提取土壤中水溶态、离子交换态、铁锰结合态、有机束缚态和残余态的氟,研究了大同盆地土壤中氟的赋存形态特征以及控制土壤中氟赋存形态的因素,进而探讨了土壤中氟氧化物迁移与转化对大同盆地高氟地下水形成的影响。结果表明:研究区土壤中氟的5种赋存形态按含量大小呈现出残余态氟水溶态氟交换态氟有机束缚态氟铁锰结合态氟的分布规律;相关分析显示水溶态氟与铁锰结合态氟呈现正相关性,离子交换态氟与有机束缚态氟和铁锰结合态氟呈现显著正相关性;大同盆地土壤中氟的背景值较高(545.29mg/kg),并在一定条件下各种形态的氟相互转化,可提供更多自由态的氟进入地下水中,从而形成高氟地下水。     

去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性试验研究

为了探讨去除地下水硝酸盐PRB生物介质可行性,试验模拟地下水环境,通过柱试验,以硝酸盐为靶污染物,将聚乙烯醇(PVA)作为微生物负载体,采用微生物固定化技术-包埋法将硝化与反硝化细菌混合包埋固定,制成负载生物介质作为PRB反应介质,探究有机碳源、pH、温度、停留时间(HRT)等主要因子对去除靶污染物的影响水平,对PRB技术治理硝酸盐污染地下水的可行性进行试验研究。试验结果表明:当水温为13～15℃、pH在7.2～7.5,HRT为2.5h时,以负载生物介质作为PRB技术反应介质的对地下水中硝酸盐最高去除率可达90.1%的,具有较高的去除效果。以负载生物介质作为墙体活性反应材料的可渗透反应屏(PRB)技术治理硝酸盐污染的地下水是可行的。     

基于TMVOC的地下水位波动带苯系物迁移转化模拟

为探究水位波动情况下苯系物的迁移转化规律,提高石油污染场地地下水污染治理精度,以西北某傍河石化场地为研究对象,基于TMVOC模型对特征污染物苯系物开展泄漏模拟,通过情景模拟比较水位波动对苯系物迁移转化的影响,并从污染分布、相间转化等方面,解析地下水位稳定和波动状态下苯系物迁移转化过程差异.结果表明:①TMVOC模型较好地模拟了水位波动状态下苯系物迁移转化过程.②相较于水位稳定状态下,水位波动作用下苯系物污染深度增加0.5 m,污染面积增加25%,总质量增加12 kg.③水位稳定和波动状态下苯系物"气-液-NAPL（Non-Aqueous Phase Liquids）相"占比分别为0.17%、2.03%、97.8%和0.04%、3.69%、96.27%.④NAPL相苯系物饱和度分布与苯系物质量分布呈正相关,水位波动造成NAPL相初始饱和度降低,且初始水位面以下NAPL相饱和度升高.⑤对于苯而言,水位波动状态下非饱和带中苯在液相中的质量是水位稳定状态下的1.11倍,饱和带为10.15倍.研究显示,水位波动显著地影响了苯系物的迁移转化过程,促进了苯系物的溶解,并使更多的苯系物残留在地下介质中.      

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.     

多孔饱和含水介质三氯乙烯污染的微米零价铁修复实验

三氯乙烯是分布较普遍且难以降解的一类土壤与地下水污染物,零价铁作为一种氯代烃污染修复材料一直备受关注,而微米零价铁(mZVI)可否成为高效材料应用于污染修复工程,则需要进一步研究。实验构建了受三氯乙烯(TCE)污染的砂柱,考察研究mZVI目数、投加量及介质粒径对三氯乙烯去除效果的影响。结果表明:mZVI对三氯乙烯的短期去除效果明显,去除率达到99%。mZVI目数与TCE去除率呈正相关,在砂柱孔隙水TCE初始浓度为105 μg/L时150 g的Fe0投加量能够表现很强的去除效果,同时细砂(<0.075 cm)介质要比粗砂(0.075~0.15 cm)还原去除速率高。mZVI还原修复过程引起的水环境变化主要体现在氧化还原电位平均下降170 mV,从氧化态转化至还原态。研究结果显示,mZVI在土壤与地下水污染修复中具有广阔应用前景,对土壤与地下水有机氯代烃污染治理具有借鉴价值。     

湘江微污染饮用水源水生物过滤去除特性研究

通过试验探讨了不同滤料介质组成的生物滤柱对湘江微污染水源的处理效果。结果表明,生物过滤具有良好的去浊性能,浊度的去除是传统吸附截留和生物吸附共同作用的结果;生物过滤可有效去除微污染水源中的有机物,NH+4-N,总铁和Mn2+,提高饮用水生物稳定性。颗粒活性炭-石英砂双层滤料组合要优于石英砂单层滤料和无烟煤-石英砂双层滤料,加氯水反冲洗不利于生物滤池的运行。      

强化浅基质层干植草沟对道路径流的脱氮效果

搭建6个不同结构和介质组成的浅基质层干植草沟模拟柱,在基质层添加较多发酵木屑,利用进水期的脱氮作用,并设置饱水层提高设施落干期脱氮能力,从而强化设施全周期脱氮效果.以半人工道路径流作为进水,考察各模拟柱运行效果,并结合分层取样水质检测结果和模拟柱内体积含水率、ORP的变化过程,分析氮素在不同模拟柱内的去除机制.结果表明:在运行参数相对实际应用环境更为不利的条件下,设置饱水层的模拟柱的TN去除率在67%～78%; TN去除过程主要发生在进水期,且在含较多发酵木屑的基质层即被大量去除;设置饱水层不仅可提高落干期设施脱氮能力,还可保证较浅的基质层在进水期快速达到适宜反硝化的缺氧条件,从而保证进水期设施的脱氮效果;设置持水性过渡层并在其中放置有机质可以有效平衡饱水层碳源补给并控制有机质淋失的问题.     

岩溶裂隙含水层中石油类污染物的迁移与水力截获

对淄博市岩溶地下水遭受石油类污染的研究结果表明，在石灰岩含水层中，岩溶裂隙的发育对石油类污染物侵入地下水的运移过程具有控制作用，石油类污染物沿岩溶裂隙通道运移，在通道延伸的深部可以有高于浅层的检出，水力截获方法去除地下水中石油类污染物是有效的，但水力截获孔的位置应就近污染物集中检出带布置，尽量远离水源地，并正常运行。     

氮素在包气带与饱水层迁移转化的实验研究

为研究浑河流域沈阳城区段岩土中氮污染物形态的区域特征,从模拟污染来源、污染途径和污染介质的差异着手,通过2个土柱的动态实验,观察含氨氮污水在经过地下包气带与饱水层时的不同转化过程. 依据研究区域水文地球环境化学特征,动态实验过程的监测指标包括氨氮,硝酸盐氮,亚硝酸盐氮,总铁,锰离子,高锰酸盐指数,pH,E_h值和ρ(DO)等. 结果表明:在土柱Ⅰ包气带通气性良好的环境中,硝酸盐氮是污染地下水的氮素主要存在形态;在土柱Ⅱ饱水岩层缺氧的还原性环境中,氨氮是污染地下水氮素的主要存在形态;区域水文地球化学场及其岩层的岩性决定了氮的存在形态.      

石油污染土壤的植物修复研究进展

石油的开采、加工、输送及使用过程中,对大气、土壤、水体带来了严重污染,对土壤环境的危害尤为严重。植物修复以其处理成本低、吸收污染物的生物量大等优点已成为人们普遍能接受的去除污染物的首选技术。植物主要通过三种途径去除土壤中有机污染物,即植物直接吸收有机污染物;释放分泌物和酶,刺激根区微生物活性和生物转化作用;增强根区的矿化作用。植物修复石油烃污染土壤的影响因素有:环境条件、污染物的浓度和滞留时间、营养元素、表面活性剂、根系分布等。通过植物-微生物联合修复、机械-微生物-植物多技术联用等措施,可提高石油烃的降解率。     

湖滨带氧化还原环境的时空变化及其环境效应

在太湖梅梁湾,沿开阔水体至湖滨带方向,对植被型湖滨带(A区)、裸露型湖滨带(B区)和开阔水体(D区)水体中DO和水/沉积物Eh进行为期1a的现场观测.结果发现,梅梁湾水体DO时空变化明显.B区和D区水体中DO常年饱和,而A区DO浓度较低(年均(5.5±1.7)mg·L-1).在植物生长季,从开阔水体至湖滨植被区溶解氧浓度从12.7 mg·L-1降到4.5 mg·L-1;在非植物生长季则从9.7 mg·L-1降到6.2mg·L-1.湖滨带水体Eh在150 mV左右波动,空间变化趋势与溶解氧变化同步.沉积物Eh也表现出明显的时空变化,在植物生长季,各区沉积物均处于较强的还原状态(-158～-101 mV);而在非植物生长季,由开阔水体向植被型湖滨带Eh逐渐升高.在沉积物的垂直剖面上,开阔水体Eh自表层沉积物向下逐渐降低,而在A区的植被覆盖区则是先降低,大概在5 cm深处开始逐渐升高,于20 cm深左右达到峰值.根据上述植被型湖滨带氧化还原环境的特点,可以推知进行湖滨带生态修复,有利于去除湖泊氮污染.     

光透法定量两相流中流体饱和度的模型及其应用

基于光透法定量流体饱和度的原理及其在两相流中的应用,设计了两组密封砂箱实验来研究气体或重非水相流体(DNAPL)在饱和孔隙介质中的迁移,观察了气体或DNAPL在孔隙介质中的迁移规律,应用并验证了2个水/气两相流中的光强-饱和度(LIS)模型,特别是建立并应用了适用于NAPL/水两相流系统的2个新LIS模型.结果表明,气体以不规则的"指状"通道向上迁移直到在砂箱顶部聚集,最终形成连续的气体分布;TCE由于自身重力的影响向下迁移直至砂箱底部,最终在砂箱中形成不规则的污染羽并在砂箱底部形成污染池.利用实验结果应用并验证4个光透法模型得到:2个水/气系统中LIS模型(WG-A和WG-B)整体适用于本实验数据;2个NAPL/水系统的LIS模型(NW-A和NW-B)得到与实测资料较吻合的结果,其中基于单个孔隙水驱替假设的模型NW-A与实验结果更加接近,对量化多孔介质中的NAPL/水系统各相饱和度具有一定的参考意义.     

低渗透介质中轻非水相流体迁移转化规律

本文利用COMSOL软件建立轻非水相流体（LNAPL）纵向迁移转化模型,采用有限单元法进行求解,预测污染物分布规律,并利用局部分析法进行参数敏感性分析.结果表明,大部分LNAPL会在水面以上聚集形成高的质量分布峰值区域,少部分克服毛细压力向下迁移,在自由相迁移范围内,其溶解相浓度达到或接近饱和溶解度;当顶部污染源消失后,降水会使最大饱和度和浓度出现的深度逐渐下移;多孔介质中的低渗透镜体会使污染物垂向入渗受阻,在其表面聚积形成污染池;渗透系数是控制LNAPL纵向迁移速度及饱和度分布的关键参数.