基于TMVOC的水位波动带土壤气相抽提模拟

为探究水位波动对土壤气相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）修复的影响，以西北某傍河石化场地为研究对象，利用TMVOC模拟苯系物的自然衰减过程及不同水位状态下SVE修复过程，从修复效果、相间转化、饱和度演变等方面比较不同条件下苯系物的衰减率.结果显示，该场地较佳的抽提井的压强为9.1×10⁴Pa，影响半径为8m；苯系物在自然衰减、水位稳定状态下SVE修复及水位波动状态下SVE修复12个月后的质量损失分别为17%、85%、96%；水位稳定和水位波动状态下SVE修复12个月后，非水相液体（Non-Aqueous Phase Liquids，NAPL）的饱和度最大可达到0.066和0.044；水位稳定状态下，苯系物在"气-液-NAPL"相去除率逐渐降低，水位波动状态下，在水位下降的阶段，更多的NAPL相苯系物转化为气相，并被抽提气流携带去除.     

低温条件下基于TMVOC的土壤气相抽提技术数值模拟

为研究低温条件下土壤气相抽提技术对包气带中苯系物的去除效果、解决修复技术有效性评估等难题,基于TMVOC模型模拟砂箱试验,从浓度梯度、相间转化、饱和度变化等方面分析土壤气相抽提技术对污染物空间分布规律的影响机理.结果表明,TMVOC模拟苯系物浓度的计算值与试验测量值的拟合效果较好;低温条件下,砂箱土体中苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的去除率分别为89.8%、71.3%、29.7%、14.4%.两次抽提过程中,苯在"气-液-NAPL（non-aqueous phase liquid）"三相中的质量均减少,减少比例近似为2:7:1,苯在液相中的质量减幅最大;在间歇期,苯由"NAPL相"以近似3:7的比例向"气、液"两相运移.在砂箱土体上部和中部NAPL相饱和度保持为0,"气-液"两相共存,间接表明苯系物在"气-液"两相间发生运移;在砂箱土体底部污染源附近"气-液-NAPL"相共存,间接表明苯系物在"气-液-NAPL"相间发生运移,抽提作用使得气相与液相饱和度升高、NAPL相饱和度降低.      

粤港澳大湾区典型化工场地苯系物污染特征及迁移规律

以粤港澳大湾区某典型化工污染场地为例,共采集了247个土壤样品和20个地下水样品,探讨了场地苯系物的污染分布特征,利用GMS分别从水平和垂直方向模拟分析了该场地苯系物在土壤与地下水的污染迁移扩散规律.结果表明,场地土壤样品中苯、乙苯、间,对-二甲苯、邻-二甲苯超筛选值,其中苯系物超筛选值的土壤样品主要集中在0. 5～4 m深度范围;地下水样品中苯、乙苯、间,对-二甲苯和邻-二甲苯超标较严重,最大超标倍数分别为140. 00、101. 33、212. 00和103. 40倍,主要分布在浅层地下水.地下水中的苯污染物在水平方向主要以对流/弥散运移方式从西北往东南方向迁移,而在垂向上浮苯主要集中在地下水面处,溶解态苯主要在水动力作用下迁移.模拟验证分析结果表明,MT3D模型能较准确地反映场地苯系物的空间分布和迁移特征,可为粤港澳大湾区化工类污染场地的精准化管控与修复提供科学指导.     

低渗透石化污染场地多相抽提修复效率的数值模拟

借助TOUGH3/TMVOC软件对华北地区某典型污染场地进行模型概化,模拟再现了挥发性有机化合物（VOCs）在层状低渗透性介质中的运移和分布特征;同时,设置了不同情景的多相抽提方案,分析了渗透率对多相抽提技术（MPE）去除效率的影响.结果表明,VOCs在该介质中主要以非水相液体（NAPL）相形式存在,且NAPL相饱和度最大值位于泄漏点以下的含水层;对于不同深度的分层抽提情景,当最大抽提深度为-9.25m时,介质中质量分数最大的NAPL相VOCs能够被有效去除,总有机物去除率达89.8%.同时,多相抽提作用能促进吸附相VOCs解吸,降低介质中吸附相VOCs含量;抽提结束一段时间后,介质中残留的液相、吸附相VOCs含量增加,成为潜在的地下水二次污染源.当层状介质渗透率整体降低时,MPE技术去除效率随之降低,且低渗透层中残留的NAPL相VOCs难以抽出,导致总有机物去除率降低.     

地下水苯系物污染原位曝气修复模拟研究

通过TMVOC软件模拟了苯系物在拟定渗流区“自然”环境条件下的污染物运移行为和原位曝气修复过程中的污染物衰减过程,确定了最佳曝气流量和所需要的曝气井数量及分布,并对修复效果进行了模拟.模拟显示,泄露过程中,在重力作用下,不饱和区的苯系物以竖直迁移为主,同时在毛细作用下横向迁移;在饱和区中以顺水流方向水平迁移为主,同时会溶解进入地下水,污染羽可到达含水层底部.从含水层底部的7个曝气孔同时以12m3/h的速率将空气注入时,只需180d即可完全修复苯系物污染区域.该条件下单井有效修复半径约5m,有效修复范围优于从含水层中部和中下部进行曝气.     

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。     

水位波动对双岩性土层中苯系物运移规律的影响

以苯和甲苯为研究对象,构造双岩性土柱I(砂土-粉土-砂土)和单岩性土柱II(砂土),模拟水位波动、土层介质对苯系物运移的影响。结果表明:水位波动前苯多集聚在粉土夹层上界面,水位波动后下界面苯浓度升高了27.04倍,水位波动有助于苯的垂向运移。波动周期内,苯和甲苯在夹层界面处浓度变化趋势一致,但两者浓度峰值出现阶段不同,且甲苯穿透夹层的浓度小于苯,仅为苯的17.55%。在柱I粉土夹层下界面与柱II相同位置,水位下降时,苯的浓度变化趋势相反;波动周期内,柱I中苯浓度变化速率的改变幅度小于柱II,其受水位波动影响较小。由此,苯系物在不同条件下的运移特征,可为土壤和地下水污染的精准修复和防治提供技术支持。     

气-水两相砂介质中饱和度-毛细压力关系与水位波动之间的响应

利用时域反射仪（TDR）与微型张力计（T5）联用装置,测定气-水两相砂介质中因水位波动产生的连续干燥与湿润循环过程中饱和度-毛细压力（S-p）关系曲线.同时,研究了多重水位波动对S-p关系曲线、孔隙流体运移的滞后性及空气剩余饱和度的作用.结果表明,TDR、T5和数据自动采集器联用装置可较准确测量出气-水两相条件下S-p关系的动态变化.同一介质中不同干燥过程的侵入压值比较接近,与干燥过程的初始水饱和度无关;而干燥或湿润过程的S-p关系曲线和滞后程度则与其初始水饱和度密切相关.在特定的干燥和湿润循环过程中,初始水饱和度大小对空气剩余饱和度的值影响不大,用于预测非湿润相流体剩余饱和度的Land的假设需要修正.本研究结果对进一步研究水位波动条件下地下有机污染物运移具有借鉴作用,可为修正NAPL Simulator 提供实验依据.     

某场地土壤苯系物空间分布特征和健康风险评价

对某场地土壤苯系物浓度空间分布特征描述以及结合场地未来土地利用类型,采用健康风险评价模型对土壤苯系物污染可能给未来入住人群带来的空间健康风险进行评价。结果表明,场地土壤中苯系物的污染主要以苯、氯苯和硝基苯为主。从苯系物浓度的空间分布看出,场地土壤存在一定范围的污染,亚表层污染土壤面积远大于表层土壤。空间健康风险评价结果:不同土地利用类型下均存在一定的致癌和非致癌风险,且居民用地风险远高于商业用地风险,亚表层土壤风险高于表层土壤。     

工业废弃场地再开发的环境评估

由于工业活动地影响,工业废弃场地再开发往往会给公众健康带来许多风险,因此受到各国政府关注.文章对河南某城市进行再开发的工业废弃场地进行了环境调查.结果表明,场地土壤和地下水受到了不同程度的总石油烃和苯系物的污染,部分点位的污染物浓度远远超出了荷兰标准的干涉值水平.作为非水相液体,总石油烃和苯系物会随地下水向场地外迁移.该工业废弃场地未来将作为居住区,居民在该场地上生活会因总石油烃和苯的长期暴露导致健康风险.因此,为保护人体健康,应当在住宅小区建设前进行场地修复.另外,中国还需要进一步修订和完善相应的土壤地下水环境质量标准和污染场地管理的法规.     

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。     

傍河开采驱动下潜流带氮素迁移转化的生物地球化学特征

为研究傍河开采驱动下潜流带中"三氮"迁移转化规律和氧化还原分带,通过不同时期在傍河开采条件下采集潜流带土样和水样分析三氮的转化过程及特性,并结合溶解氧和氧化还原电位及硝酸根和亚硝酸根含量和优势菌来判断其迁移转化规律与机理。结果表明:河水在入渗的过程中,首先进入处于离岸-6~1.5 m处的氧化带,O₂与有机物发生反应释放出CO₂,随后到离岸1.5~17 m处的弱氧化环境的氧化还原过渡带,在硝化细菌和反硝化菌的作用下发生硝化反应和反硝化反应,最后到离岸17~350 m处缺氧环境的还原带中,在缺氧条件下反硝化反应。优势菌对水源地氧化还原作用分带具有响应联系特征。枯水期水位低能够更加快速降低水中溶解氧DO、氨氮、硝酸盐氮,所以枯水期的氧化还原距离短,丰水期的距离稍长。在傍河开采驱动下,水动力条件随着不同时期发生改变,河水向地下水补给过程中各方面均存在差异,而这一系列的差异影响了氮素在地下介质中的迁移转化。     

滨海平原区某生活垃圾填埋场地下水污染修复模拟

渗滤液是垃圾填埋场区地下水的主要污染源。以滨海平原区某生活垃圾填埋场为例,采用MODFLOW/MT3D建立模型进行污染物的迁移模拟和修复模拟,模拟持续污染和清理污染源并配套抽水井的2种工况下,COD_Mn在浅层地下水中的迁移扩散特征。模拟结果表明：由于滨海平原区浅层地下水含水层渗透系数很小,水动力条件差,污染物主要影响埋深10 m以浅的2个含水层;持续泄漏将造成污染羽中污染物含量很高,但污染物向场外迁移扩散的距离却很有限,20年后污染物超出场界的迁移距离不超过70 m;设置抽水井可有效地清理污染物,但污染羽的清除速度很慢,需要5～10年的连续抽水方可使污染羽收缩至场内。实际修复中,可根据修复进展情况实时调整抽水井的运行和布设,关停已修复好区域的抽水井,同时加大污染中心抽水井的出水量,并在修复多年污染物浓度依然较高的地段增布抽水井,以加快污染修复速度。建立的污染物迁移和修复模拟模型可为其他相关垃圾填埋场地下水环境调查评估和污染治理提供参考与借鉴。     

Control of petroleum-hydrocarbon contaminated groundwater by intrinsic and enhanced bioremediation

In the first phase of this study, the e ectiveness of intrinsic bioremediation on the containment of petroleum hydrocarbons was evaluated at a gasoline spill site. Evidences of the occurrence of intrinsic bioremediation within the BTEX (benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes) plume included (1) decreased BTEX concentrations; (2) depletion of dissolved oxygen (DO), nitrate, and sulfate; (3) production of dissolved ferrous iron, methane, and CO2; (4) deceased pH and redox potential; and (5) increased methanogens, total heterotrophs, and total anaerobes, especially within the highly contaminated areas. In the second phase of this study, enhanced aerobic bioremediation process was applied at site to enhance the BTEX decay rates. Air was injected into the subsurface near the mid-plume area to biostimulate the naturally occurring microorganisms for BTEX biodegradation. Field results showed that enhanced bioremediation process caused the change of BTEX removal mechanisms from anaerobic biodegradation inside the plume to aerobic biodegradation. This variation could be confirmed by the following field observations inside the plume due to the enhanced aerobic bioremediation process: (1) increased in DO, CO2, redox potential, nitrate, and sulfate, (2) decreased in dissolved ferrous iron, sulfide, and methane, (3) increased total heterotrophs and decreased total anaerobes. Field results also showed that the percentage of total BTEX removal increased from 92% to 99%, and the calculated total BTEX first-order natural attenuation rates increased from 0.0092% to 0.0188% per day, respectively, after the application of enhanced bioremediation system from the spill area to the downgradient area (located approximately 300 m from the source area).     

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。