空气注射修复苯污染地下水模拟研究

空气注射是原位修复地下水中挥发性污染物的有效方法之一,但是因为缺乏现场数据,目前系统设计主要依据经验.为了获取合理设计参数,以北京某焦化厂地下水苯污染区域为例,结合现场试验,采用Petrasim中的TMVOC模块对空气注射进行了设计参数优化与修复模拟研究.现场试验得出最佳注气速率为23.2 m3.h-1,影响半径为5 m.模型对现场试验过程中地下水压力变化进行了模拟,模拟结果与实测结果吻合较好.模型对注气位置进行优化,最佳为底部注气;以底部注气方式对注气速率进行优化,得出最佳注气速率为20 m3.h-1,与现场试验结果相近;在最佳注气位置与注气速率下,影响半径为3m,现场测试结果比该值偏大,这主要是因为现场测试参数主要指示地下水上部与非饱和带中气流变化,而气流范围在接近地下水面处开始迅速增大,比地下水中实际气流范围要大.依据场地地质参数,利用优化参数,对修复过程进行了模拟研究,结果表明,修复过程中逐渐将污染物浓度已经达标区域的注射井关停的修复方式比修复过程中所有注射井一直开启的修复效果要好.采用注射井逐个关停的修复方式注气90 d后,该场地污染物浓度从371 000μg·L-1下降到1μg·L-1.     

基于河岸带地球化学特征的河水-地下水交互边界识别——以广州市流溪河为例

河水-地下水交互作用对河流水质净化、流域水生态健康和河岸土地合理规划具有重要意义.本文以广州市流溪河为研究对象,实时监测河水和河岸带地下水基本理化指标并采集水样和土样进行水体主离子、氮形态、金属离子浓度、氘(δD)氧(δ~(18)O)同位素和土壤渗透系数(K)测试分析.结果表明:监测期间以河水侧向补给地下水为主,对地下水水位的影响范围在距河岸10 m内;距河岸1 m处地下水溶解氧(DO)浓度、电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化明显,变异系数(n=7)分别为30.9%、42.0%和44.4%.河水和河岸带地下水水化学类型均为HCO_3-Ca型,受碳酸盐岩风化控制.河水入渗补给地下水初期,河岸带含水层向还原环境转化(ORP平均下降92.25 mV),非饱和带Mn氧化物发生还原性溶解,地下水中Mn~(2+)浓度逐渐增加并达最大值(0.52 mg·L~(-1));基于δD、δ~(18)O和Cl~-浓度的混合模型估算的河水对距河岸5 m处地下水的贡献率分别为10.4%、11.6%和11.5%,表明监测断面河水-地下水交互边界约在距河岸5 m处.     

一种基于污染风险的地下水监测井网多目标优化方法

地下水具有重要的生态服务功能。地下水监测可为管理和维护地下水生态安全提供必要的信息。如何以最低的监测成本获取最丰富的地下水信息一直是科学家和管理者关注的热点问题之一。在模拟退火算法的基础上,利用随机森林算法筛选出对地下水质量演化指示性最强的监测指标,并结合水文地质分析法,考虑地下水污染风险性,以监测成本最低、精度最高和不确定性最小为目标函数,建立了区域地下水污染监测井网多目标优化模型,最后通过北京市平谷盆地平原区的示范应用,验证了该方法的有效性。结果表明:多目标优化模型的Pareto最优解显示,示范区地下水污染监测井的最优数量为29口,冗余监测井为3口,为提高监测精度需新增监测井5口;示范区地下水污染监测井网优化前后NO~-_3-N浓度的相对误差小于20%,低于接受阈值,证明该方法具有可靠性,可为平原地区地下水污染监测井网布设提供一种指示性强且快速的多目标优化方法。     

土壤气抽提多井方案的数值模拟研究

以存在石油烃污染的北京市某加油站场地为研究对象,设计了土壤气抽提(SVE)原位修复系统,应用AIR3D软件对SVE作用下土壤包气带的气压场进行数值模拟.划定以土壤气压强低于或等于101.122kPa的区域为抽气影响区域.模拟结果显示,单井的抽气影响区域不能满足要求;多井抽气时,井间区域土壤气体真空度受多井共同作用,扩大了抽气的影响区域.抽气井不同布置情况下井间距大小对相互作用效果存在影响.研究发现,井间相互作用随着井间距的增大而减小,井间距存在临界值.井间距临界值与抽气井的布置形式相关.对于本研究中的2眼井、3眼井、4眼井情景,此临界值分别在3~5m、5~8m、8~10m区间.超过此临界值时井间相互作用将显著减弱,并导致抽气影响区域不能覆盖整个井间范围.     

某非正规填埋场污染地下水监测技术及应用

以北方某非正规垃圾填埋场为例,提出了一种由垃圾分布特征指导地下水监测方案设计及应用的新方法,结合新型单井多层监测井建井技术,对不同深度地下水进行了高效样品采集和检测。通过结合航空遥感探测技术与场地土壤钻探勘察数据的数值模拟计算,对垃圾总体量及分布特征进行了有效分析,确定了主要地下水污染源（腐殖土型垃圾）的组成和分布特征,进一步结合场地水文地质条件对场地进行了地下水监测方案的设计,建设新型单井三层监测井,分别对地下水监测井不同深度（6,12,18 m）的地下水样品进行了高效采集和分析。填埋场地下水监测技术的设计和应用新方法为场地地下水监测技术的发展提供了有益参考。     

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。     

地下水硝酸盐污染抽出处理优化方法模拟研究

以北京某场地生活垃圾填埋场硝酸盐污染地下水为研究对象,针对抽出处理技术,利用遗传算法(GA)和模拟退火法(SA)对地下水硝酸盐污染羽治理区中布置18口备选井方案进行优化.优化目标函数最小化治理成本,确定最佳井数及其井的位置和抽水速率,同时达到在100 d内将研究区硝酸盐浓度降低至10 mg·L-1的治理目标.GA优化结果为8号井优化抽水速率为155 m3·d-1,14号井优化抽水速率为10 m3·d-1.SA优化结果为8号井优化抽水速率为82 m3·d-1,14号井优化抽水速率为39 m3·d-1.基于GA和SA优化抽水速率,硝酸盐总量去除率分别为76.89%和84.92%.优化结果说明,最佳井的位置应位于硝酸盐污染羽中游及中下游的中轴线上,且中游抽水速率比下游要大.两种优化算法对比表明SA优化系统治理成本比GA节省6.8%,且波动性小,更收敛.     

水位波动和氮浓度变化对氮转化功能基因丰度的影响

为探索浅层地下水氮浓度及水位波动对土壤剖面中氮转化功能基因丰度的影响,以洱海近岸农田原状土壤剖面为对象,研究了模拟常规氮浓度的浅层地下水进行水位波动(SND)和持续淹水(SNF),以及无氮浓度的浅层地下水位波动(0ND)后土壤剖面氮浓度和氮转化功能基因丰度的变化,探讨了土壤因子与功能基因丰度的关系。结果表明:SNF、SND和0ND处理较试验前土壤剖面中溶解性总氮(TDN)浓度分别降低了44%、21%和30%,NO₃⁻-N浓度分别降低了55%、28%和38%。同时,0ND和SNF处理较SND处理土壤剖面中反硝化功能基因丰度分别降低20%和1%,厌氧氨氧化功能基因丰度则分别增加68%和7%,硝化功能基因丰度分别降低34%和增加23%,土壤含水率(MC)、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N和TDN均为功能基因丰度变化的重要驱动因子。土壤剖面持续淹水会显著降低溶解性氮浓度,浅层地下水波动及水中氮浓度引起的土壤剖面干湿交替和氮浓度变化是氮转化功能基因丰度变化的主要驱动力。     

基于证据权重法地下水中氮浓度影响因素分析

针对地下水中氮素浓度主控因素难以确定的问题,本文以三江平原松花江-挠力河流域为例,采用证据权重法,选取降水量、土地利用类型、人口密度、土壤有机质含量、粘土层厚度、地下水埋深、含水层厚度和地下水类型为证据因子,分别建立地下水中氨氮和硝态氮的预测模型,并分析其对氮素浓度分布的影响程度,取得了较好的预测结果,其中氨氮和硝态氮的预测精度分别达到77.2%和89.1%.分析表明:三江平原地下水中氨氮和硝态氮浓度与降水量、人口密度呈正响应关系;氨氮浓度与含水层厚度呈正响应关系,而硝态氮与含水层厚度则呈负响应关系,说明氨氮受含水层氧化还原环境条件影响较大,硝态氮受含水层对流弥散作用影响较大;当土地利用类型为居住用地时,地下水中氨氮和硝态氮浓度通常较高.     

某垃圾填埋场地下水质监测井网优化设计——基于模拟优化法

以白城市垃圾填埋场为研究区,通过正交试验设计法得到2个污染源的4组可能污染源强组合,建立地下水流及溶质运移数值模拟模型,预测潜在污染源可能对研究区地下水产生的污染.根据污染羽分布情况,布设了57口潜在监测井.以最大化覆盖高污染区域为目标建立0-1整数规划优化模型并用隐枚举法进行求解.结果表明：模拟优化方法在允许监测井数目不同的情况下得到了最优地下水质监测井网布设方案.以7口监测井为例,最优布设方案为1,6,9,15,19,23,31号监测井（5口位于渗滤液调节池下游,2口位于填埋区下游）.最优布设方案的污染物检出概率达95%,远高于随机布设方案.     

Fe0-PRB修复地下水硝酸盐污染数值模拟

基于地下水对流-弥散作用,采用数值分析方法,构建了GMS地下水渗流和硝酸盐污染物迁移三维耦合模型.在污染物迁移过程中,不考虑吸附降解和考虑吸附降解两种工况下,分析了污染物在地下水中的迁移特征.结果表明:地下水和土壤存在天然净化污染物的能力,但不显著,必须采取有效措施控制污染.以零价铁作为PRB墙体介质,并用GMS软件模拟Fe0-PRB修复地下水中硝酸盐的效果.PRB存在时能显著控制污染物的污染范围并降低污染物浓度.PRB厚度为4m时,污染物经过550d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别1.712,0.011,0.018mg/L,PRB下游污染羽拖尾明显;PRB厚度为6m时,污染物经过850d开始透过PRB墙,PRB运行10a后,1、2、3号观测井的浓度分别0.52,0.004,0.005mg/L,与4mPRB相比浓度分别降低69.6%、63.6%和72.2%,PRB下游污染羽拖尾仍存在但不明显.污染物迁移数值模拟是评价PRB修复污染地下水效果及确定PRB参数的重要手段.     

江汉平原地下水中硝酸盐的分布及影响因素

基于2011~2014年825个地下水采样点测试结果,采用半方差函数模型和普通克里格插值方法,研究了江汉平原地下水中NO₃-N的空间变异和分布特征.运用证据权重法,选取降雨入渗补给量、地下水位埋深、渗透系数、包气带岩性、土地利用类型、土壤类型和土壤全氮含量7个因子建立预测模型,分析其对硝酸盐分布的影响规律.结果表明,江汉平原地下水NO₃-N含量经Box-Cox变换后服从正态分布,其半方差函数最佳拟合模型为球状模型,空间相关性为87.93%,相关距离为68.02km.研究区地下水NO₃-N含量具有南部高、北部及西部山前平原低的特点.地下水中NO₃-N含量超过10mg/L分布面积所占比例达8.61%.成功率曲线表明模型预测精度为0.91,预测结果较好.江汉平原地下水NO₃-N含量与该区降雨入渗补给量、渗透系数和土壤全氮含量具有良好的正响应关系,与地下水位埋深呈负响应关系.当包气带岩性为砂砾石、土地利用类型为建设用地及土壤类型为冲积土覆盖条件时,地下水极易受硝酸盐污染.     

基于脆弱性的地下水污染监测网多目标优化方法

区域地下水监测井的优化布设对于区域地下水系统管理有很重要的作用.为了以最少的监测费用最大化地获取区域污染风险和污染现状信息,以监测井数量最小、区域污染监测有效性最大、监测到的区域脆弱性分值最大为目标,建立了基于脆弱性评价的地下水污染监测网多目标优化模型.通过地下水脆弱性评价和溶质运移模型计算得到不同点位地下水脆弱性分值和污染物浓度,针对不同脆弱性等级提出区域监测井初设密度,采用改进非劣支配遗传算法（NSGA-Ⅱ）基于初设监测网求解该多目标优化模型,结合质量误差分析确定监测网优化方案.结果表明,阿什河漫滩区和樊家沟流域地下水硝酸盐氮污染相对较严重;地下水脆弱性高和较高等级区域分别分布在抽水井群影响范围和河漫滩;结合NSGA-Ⅱ Pareto最优解及质量误差分析结果,得到该区域地下水监测井最优数量（12口）及其最优布设位置.研究显示,该优化监测网与初设监测网插值所得污染羽的质量误差小于15%,满足监测精度要求.      

生物滴滤塔处理正丁醇废气的研究

实验分别采用清水吸收法和生物滴滤法处理模拟正丁醇废气,结果表明,在实验工况条件下,清水吸收的净化效率随进口浓度的增加而增加,净化效率可达99%,最佳液气比为2.1L/m3;生物滴滤塔的净化效率随着进气流量、液体流量和进气浓度的增加而降低,当进气流量<1.0m3/h时,其对降解效率的影响较小。     

聚结-气浮装置处理含油污水试验研究

为提升聚结分离器除油效果并减少污水处理过程中化学药剂的投放,结合聚结和气浮技术研发出紧凑、高效型聚结-气浮分离装置,通过室内试验,考察入口流量、板间距、溶气压力、气浮水回流比4个因素对聚结-气浮装置除油率的影响规律,并对其结构和工艺操作参数进行探索和优化。试验结果表明:聚结-气浮装置处理含油污水的油水分离效果明显好于聚结装置;聚结-气浮装置的除油率随入口流量、气浮水回流比的增加,均先增加后减小,并随溶气压力的增加而逐步提高,但当溶气压力为0.4MPa时继续加压,除油率变化不明显,且板间距越小,除油效果越好;综合除油效率和能耗,选用入口流量为0.3m3/h(折合板间流速为2.85m/h)、板间距为0.9cm、溶气压力为0.4MPa、气浮水回流比为20%时,聚结-气浮装置除油率可达92%,且对粒径大于18μm的油滴去除效果明显。     

上海市环境科学研究院环境实验与检测中心

环境实验与检测中心主要从事水、气、土壤、固体废弃物等方面环境样品的采集和测试分析,环境监测方法标准研究以及地表水、地下水、大气、土壤和噪声等环境质量调查以及相关的技术咨询。中心拥有现代化的实验及辅助用房约600m2,现场采样监测设备、实验室前处理及分析设备共计200余台(套)。其中主要大型仪     

微孔过滤与紫外辐射相结合处理压载水可靠性研究

采用微孔过滤与紫外辐射相结合的方法处理由小球藻、扁藻及新月菱形藻配制成的模拟海水,考察了不同藻种对处理效果的影响、累积处理水量对滤前压力影响,讨论了装置最佳流量及持久性问题。结果表明,该法除藻效率可达84.4%以上,灭菌效率可达80%以上,对粒径较大藻类的去除效率高(扁藻粒径新月菱形藻粒径小球藻粒径);随着累积处理水量的增加滤前压力增大;最大处理流量为10 m3/h的装置其最佳处理流量为5 m3/h,一次处理海水约100 m3,可持续运行约20 h。     

氮肥企业退役地块氨氮污染及其风险研究

基于氮肥企业退役地块土壤、地下水、土壤气和室内空气中氨氮的实测数据,分析了氨氮在各地块中的污染水平和分布特征,评估了氨氮污染的人体健康风险,分析了氨挥发造成的刺激性异味风险和对室内空气质量的影响,及氨氮迁移转化对附近地表水和下游地下水水质的污染风险.分析发现,4个地块中土壤和地下水氨氮含量均表现较强的变异性,土壤中氨氮最高浓度分别高达12700.00,2420.00,2920.00,2370.00mg/kg,地下水中氨氮最高值分别高达7550.00,5100.00,847.00,3760.00mg/L.在平面分布上,4个地块中土壤和地下水较高浓度氨氮均主要分布在生产区和污水处理区,在垂向分布上4个地块间存在差异,氮肥厂I的土壤以黏土为主,多数点位氨氮含量随深度增加而递减,氮肥厂II、III和IV的土壤以粉土/粉砂或粉土夹粉黏为主,氨氮含量总体呈现随深度增加而增加的趋势.4个地块中,仅氮肥厂I在最保守条件下土壤中氨氮的最高危害熵(1.54)略超可接受风险水平(1.0).氮肥厂II和IV的土壤气和室内空气中检出氨浓度范围分别为≤ 9.88mg/m³和≤ 0.18mg/m³,对室内空气质量未产生不利影响.氮肥厂I和II紧邻河流监测井中的氨氮浓度超《地表水环境质量标准》中IV类(1.5mg/L)标准1.05~409.33倍,氮肥厂III和IV污染区地下水中氨氮浓度在至少4次监测结果中有轻微降低,且在下游监测井中发现硝态氮的积累.分析结果表明,4个地块在现状条件下土壤和地下水氨氮污染的人体健康风险较低,对室内空气质量影响较小.但地块地下水中氨氮是附近地表水和下游地下水环境的长期污染源,氨氮转化的硝态氮更易向下游迁移.建议今后处理氮肥企业退役地块氨氮污染时将其对地表水和下游地下水环境的污染风险纳入考虑.     

复氧集土池对稻田退水面源污染控制的研究

为提高稻田退水中溶解氧含量,并拦截稻田退水中土壤颗粒,文章设计研发了集扰流增氧与土壤颗粒拦截于一体的稻田排水口复氧集土池装置。通过室内模拟试验筛选出溶解氧增加效率、浊度降低效率最优的复氧集土池形式和尺寸;通过田间试验测试复氧集土池装置对稻田退水中溶解氧增加、浊度降低及氮磷污染物拦截的效果。室内模拟溶解氧增加效率试验结果表明,三角堰形式复氧集土池溶解氧增加效率均高于平板形式复氧集土池(p0.05),且0.30 m高度三角堰形式复氧集土池溶解氧增加效率最高,为13.79%。室内模拟浊度降低效果试验结果表明,0.30 m高度三角堰形式复氧集土池浊度降低效率最高,为71.40%。田间试验结果表明,0.30 m高度三角堰形式复氧集土池在田间试验中溶解氧平均增加效率为7.45%,浊度平均降低效率为56.64%,总氮、总磷降低效率分别为31.02%、74.05%。通过室内模拟试验确定复氧集土池的最佳尺寸(长×宽×高)为0.30 m×0.20 m×0.30 m;在田间试验中其复氧效果可以增加7.45%,浊度降低56.64%,单位体积退水中总氮、总磷负荷削减量为261.09、160.77 mg/m~3,单位体积退水中总氮和总磷污染物拦截率为31.02%和74.05%。复氧集土池可促进稻田退水的水质净化,简单易行,在高标准农田建设中具有推广价值。     

改进型双循环多级水幕吸收塔的烟气脱硫性能研究

以改进后的双循环多级水幕塔对烟气进行脱硫性能研究,利用双循环不同p H值控制的优点和多级水幕的效果,增加气液接触面积和传质动力,提高SO2吸收效果。在正交实验确定的最佳运行工况基础上,从烟气流量、上下两段p H值、L/G、SO2进气浓度等因素进行研究。结果表明,SO2进气浓度在5 000 mg/m3以下时,脱硫效率保持在93%以上。上段p H值为6.0,下段p H值为5.0,L/G在15左右时的脱硫效率和运行工况最佳,无结垢现象。改进后的吸收塔具有良好的应用前景,实验结果可对现场脱硫设备的调试和运行提供参考。