滹沱河超采区地下水回补的水化学效应研究

由于长期超采地下水,导致滹沱河冲洪积平原地下水位持续下降,水质恶化,为缓解滹沱河超采区水资源矛盾,2018年开始实施了河道回补工程,回补水源为黄壁庄水库水和“南水北调”水.为了研究回补后地下水化学效应变化,应用水文地球化学、水文学和统计学等理论方法,开展了现场动态监测、地下水化学检测工作.结果表明:①实施滹沱河补水后地下水位上升显著,滹沱河沿线地下水位平均回升5.83 m;2019年较2015年滹沱河超采区地下水位平均回升5.93 m,地下水漏斗形状发生改变,地下水向漏斗中心汇集已不明显.②滹沱河多年受上游高硫酸盐水源补给的影响,滹沱河沿岸分布HCO₃·SO₄-Ca·Mg型地下水,并在HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水两侧形成了条带状的HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水.与2015年相比,2019年HCO₃-Ca·Mg型水的面积减少了20.6%,HCO₃·SO₄·Cl-Ca·Mg型水和HCO₃·SO₄-Ca·Mg型水的面积增加了13.6%.③河道补给有效缓解了地下水环境恶化,区域地下水中硫酸盐平均含量基本持平,氯化物浓度、TDS（溶解性总固体）浓度、总硬度呈下降趋势;受上游黄壁庄水库补水影响,滹沱河沿岸附近地下水中硫酸盐的浓度升高,高浓度的硫酸盐主要分布在滹沱河、石津灌渠及黄壁庄水库副坝附近,随着补水的不断推进,水位持续回升,在水动力作用下,其有向下游扩散的趋势.研究显示,科学合理地选择补水水源与回补方式是减缓该地区地下水硫酸盐污染及保持地下水可持续利用的有效方式.      

基于改进DPSIR模型的京津冀地区优先回补地下水水源地筛选方法

京津冀地区地下水水源地超采问题严重,引发了地下水水位持续下降等一系列问题,南水北调中线输水贯通为该地区地下水水源地的回补涵养提供了契机;然而,京津冀地区众多地下水水源地在回补条件和回补需求等方面各异,在有限回补水源条件下,亟需建立该地区地下水水源地回补优先性评价和分级方法,从而筛选出可优先回补的水源地.借助DPSIR(驱动力—压力—状态—影响—响应)评价模型理念,在综合分析地下水水源地产生资源环境问题的根本原因、存在压力、不利状态、对人类社会的影响以及地下水回补工程产生的响应基础上,解析影响地下水回补的关键因素,并以此为依据进行专家咨询和评分,建立了涵盖5个准则和21个指标的综合评价指标集.在阈值确定和数据标准化基础上,依据评分数据确定各准则和指标权重,最后通过综合指数法构建基于DPSIR模型的地下水水源地回补优先性评价体系,并对京津冀地区具有代表性的76个浅层地下水水源地进行了评价和分级.结果表明:以南水北调中线工程为轴,分布在山前冲洪积扇的32个浅层地下水水源地为优先和较优先回补等级,从山前至中部平原地下水水源地回补优先性逐渐变差;回补水源类型、浅层含水层储水空间、区域浅层地下水质量、浅层含水层防污性能是影响评价结果的最重要指标.研究显示,位于京津冀山前的冲洪积扇地区的地下水水源地应最优先考虑回补,中部平原地下水水源地大多为一般或暂不考虑,东部平原区地下水水源地普遍不适宜回补.该评价方法指标选取和权重计算科学客观,可为京津冀地下水水源地的涵养提供标靶和决策的理论支撑.      

浅层地下水PCE/TCE污染原位曝气修复模拟研究

通过TMVOC软件模拟了PCE/TCE在渗流区"自然"环境条件下的污染物泄露、重新分布和原位曝气修复过程中的污染物运移行为,确定了最佳曝气流量和曝气时间。结果表明:PCE/TCE污染物在泄露和重新分布过程中在重力作用和毛细作用下污染范围不断扩大,污染羽在垂直方向到达隔水层,水平方向达到23.3m,顺水流方向的污染范围明显大于逆水流方向。曝气修复初期污染范围会有所扩大,但是污染物浓度和总量会减少,曝气影响范围并不是随着曝气流量的增加而线性增大,超过最佳曝气流量值后,增大曝气流量对影响范围的改变效果不大。论文研究条件下最佳曝气速率为6m3/h,影响半径达18m,需要45d完成修复,实际工程中应根据区域面积及地下水埋深确定曝气井数量。     

雄安新区土壤氟地球化学特征及健康风险评价

为科学评估雄安新区表层土壤氟(F)地球化学分布特征及人体健康风险,利用GIS空间分析、相关分析等分析土壤F贫化富集特征及影响因素,开展土壤F健康风险评估,基于蒙特卡罗随机模拟,研究健康风险评价结果的不确定性.结果表明,新区表层土壤ω(F)均值为641 mg·kg^-1,是全国A层土壤背景值的1.34倍,F过剩和高等级样点占比超过85%,F含量整体相对偏高.灌溉水样ρ(F^-)均值为0.85 mg·L^-1, F^-含量空间分布特征受浅层地下水水化学类型和流向的影响.土壤F垂向空间变化不显著,其垂向变化主要受土壤有机碳、质地等土壤理化性质的垂向分布影响.表层土壤F的贫化富集主要受地质背景成因控制,人为因素(农业灌溉水、施肥和大气干湿沉降)等外源输入影响其异常的空间分布.区内土壤F含量与地貌环境“标志性”指标Al₂O₃、 Fe₂O₃、 MgO和K₂O含量,土壤有机碳(Corg.)、阳离子交换量(CEC)...     

基于过程模拟的地下水污染风险评价方法研究

通过对简易垃圾填埋场污染地下水过程的系统分析,提出了以抽水井作为保护目标进行地下水污染风险评价的方法,确定了地下水污染风险评价因子,建立了基于过程模拟的污染物迁移转化数学模型.以特征污染物Cl-的污染范围和程度划分了风险等级.利用构建的地下水污染风险评价方法,以我国北方某简易垃圾填埋场作为案例进行了地下水污染风险评价.结果表明,污染源与污染物迁移转化的共同作用决定了地下水污染范围和风险等级.地下水污染风险评价方法的建立为开展简易垃圾填埋场地下水污染有效监管提供了一种方法.     

京津冀典型区域地下水污染风险评价方法研究

地下水污染风险评价是开展京津冀地区地下水污染防控工作的基础,对于保障京津冀地下水环境安全至关重要.为了有针对性地开展京津冀地区地下水污染防控工作,以京津冀地区内某典型区域为研究区,提出了一种基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,并以研究区内特征污染物硝酸盐为对象进行地下水污染风险评价.结果表明:①研究区内地下水污染荷载主要受垃圾填埋场分布影响,其次为工业源和农业面源;②包气带结构类型不变的情况下,污染源荷载的变化只会导致进入含水层中的污染物浓度不同,不会改变包气带硝酸盐折减系数;③污染源类型、包气带介质岩性及厚度是造成研究区内地下水硝酸盐污染风险评价存在差异的主要原因.研究显示,采用基于HYDRUS-2D软件的地下水污染风险评价方法,能够有效地降低地下水污染评价过程中的主观性,对于确定京津冀地区地下水污染重点防控区域,提高地下水环境管理水平具有重要的参考价值.      

基于三角随机模拟的生活垃圾填埋场地下水环境健康风险评价模型

基于US EPA健康风险评价方法,将三角模糊数和随机模拟方法进行耦合,建立基于三角随机模拟的地下水环境健康风险评价模型,并以我国北方某生活垃圾填埋场为例,进行地下水环境健康风险评价。结果表明：6口地下水水质监测井的儿童健康风险均超过可接受水平,其中Z1和Z2监测井的风险值均分布于Ⅲ、Ⅳ 2个风险等级;3口监测井的成人健康风险超过可接受水平,其中Z6监测井的风险值分布于Ⅴ、Ⅵ 2个风险等级。与常规确定性方法的评价结果进行对比分析可知,该模型在一定程度上解决了传统确定性评价方法存在的不确定性问题,不仅可以判定地下水污染可能隶属的风险等级,而且可以定量得出其相应的概率水平,可为决策者提供更加精确的环境健康风险评价信息,为地下水污染管理工作提供依据。     

岩溶地下水水体中有机氯农药和多氯联苯的残留特征及健康风险评价

采用气相色谱-微池电子捕获检测器(GC-μECD)测定南山老龙洞岩溶地下水水体中有机氯农药(OCPs)和多氯联苯(PCBs)残留量,并探究了OCPs和PCBs的浓度、分布和来源等残留特征.结果表明,OCPs总浓度范围为34.8～623.2 ng·L^-1,均值为215.6 ng·L^-1,其中,HCHs、DDTs和其它类OCPs总浓度范围分别为8.2～23.6、4.5～363.7和22.2～235.9 ng·L^-1,均值分别为15.9、104.5和95.3 ng·L^-1; PCBs总浓度范围为6.0～40.7 ng·L^-1,均值为16.8 ng·L^-1.总体而言,OCPs和PCBs污染处于中上水平;多重比较结果显示部分OCPs和PCBs平均浓度具有统计学意义上的显著差异.研究区各采样点水体中污染水平差异较大,但OCPs和PCBs的季节分布相对均匀.源解析表明,HCHs源于周围环境中林丹的输入; DDTs源于近期工业DDT的非法使用;其它类OCPs源于大气沉降和...     

基于数值模拟的某污染区地下水风险管控值确定

针对地下水风险管控目标值确定较难的问题,以某废弃铁合金厂为研究对象,讨论地下水中Cr （Ⅵ）污染对下游敏感目标河流的环境影响,采用数值模拟方法,确定水力截获条件下该污染区地下水风险管控目标值。结果表明:天然条件下,2500 d后,Cr （Ⅵ）浓度>0.5 mg/L的污染羽将迁移至河流处;在水力截获条件下,当水力截获Cr （Ⅵ）浓度为10 mg/L以上的污染羽范围时,排泄至河流处Cr （Ⅵ）最高浓度为0.46 mg/L,可达到地下水风险管控的目的。最终确定本场地地下水风险管控值为10 mg/L,使地下水风险管控的面积减少了约9.45万m2,节约了污水处理的成本。该成果可为地下水风险管控目标值的确定提供方法支撑,为我国污染地块地下水修复方案编制提供设计支撑。     

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.      

DGB处理二级出水用于地下回灌的风险评价

以北京高碑店二级出水为对象,进行了二级出水地下回灌的DGB深度处理工艺的风险评价.GC/MS探测到的优先污染物四氯化碳引起的致癌风险小,可以忽略.二级出水经深度处理,除Cd,Cr略高于回灌标准,其余重金属含量低于回灌要求;通过加氯消毒,可满足回灌水卫生要求.DGB和土壤含水层处理工艺可去除部分致突物,残余的主要是移码型氯化致突物,它们有较强的致突性.      

城市污水深度处理中有机物的去除

以城市污水地下水回灌为回用目的 ,研究不同的污水深度处理工艺及对二级生物处理出水中有机物的去除 .研究结果表明 ,原水若未经深度处理 ,直接由土壤含水层处理的出水不能满足推荐的回灌水水质要求 .对原水分别采用混凝沉淀、过滤、臭氧氧化、粉末活性炭和粒状活性炭吸附等处理单元及组合工艺进行深度处理效果的对比 ,最终选用由混凝沉淀 ,砂滤 ,粒状活性炭过滤与土壤含水层处理相结合的工艺流程 .城市污水处理厂的二级出水经该工艺处理后 ,出水中的 DOC可降至 3mg/L以下 ,且活性炭柱的产水床体积可达 350 0 BV.     

土壤含水层处理出水的回用健康风险评价

通过土壤柱实验,研究了土壤含水层处理工艺对污水处理厂二级处理出水的处理效果。初步讨论了土壤含水层处理工艺对各种污染物的去除机理,并评价了不同回用途径再生水对人体的健康风险。研究结果表明:土壤含水层处理工艺能够有效去除二级处理出水中的有机物和重金属离子,对大肠菌和粪大肠菌的去除率大于99.9%。健康风险评价结果显示:再生水的健康风险主要来自致癌物质,终生致癌风险在10-6数量级,而非致癌物质的健康危害风险在10-9数量级。     

人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及变化

在实验室通过模拟土壤柱研究了人工地下水回灌过程中溶解性有机物的去除及其三卤甲烷生成势和三卤甲烷生成活性的变化.利用XAD树脂将回灌水中的溶解性有机物分为3个部分：疏水性有机酸、过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.疏水性有机酸的三卤甲烷生成活性高于过渡亲水性有机酸和亲水性有机物.土壤含水层处理（SAT）对亲水性有机物的去除率为68.51%,对疏水性有机酸和过渡亲水性有机酸的去除率分别为58.64%和41.86%.经SAT系统处理后,溶解性有机物及各有机组分的三卤甲烷生成势减少,而三卤甲烷生成活性升高.疏水性有机酸是生成三卤甲烷的主要有机组分.亲水性有机物在SAT系统进水中的三卤甲烷生成活性较低,但由于含量高,三卤甲烷生成势也较大.而过渡亲水性有机酸由于含量和三卤甲烷生成活性较低,三卤甲烷生成势也较低.     

活性炭深度处理工艺用于地下回灌的水质研究

以北京高碑店污水处理厂二级生化出水为对象,研究了用于地下回灌的活性炭三级处理工艺.活性炭可有效降低DOC,UV-254和COD,部分去除可吸附有机卤化物(AOX).再经过土壤含水层处理,约90%的可吸附有机溴化物(AOBr)可被去除.Ames试验结果显示活性炭工艺可有效降低二级生化出水中的致突物.GC/MS分析表明,活性炭吸附可降低有机物含量,再经土壤含水层处理,大部分有机物及优先控制的污染物可被去除.      

乙醇对含水层中燃油芳香烃内在生物修复的潜在风险

内在生物修复,是在没有工程措施促进的情况下利用土著微生物降解含水层内灾害性物质的一种修复技术,在燃油烃污染管理方面具有显著的成本效益。该技术需要确定自然衰减过程,并能够继续提供有效的风险保护。针对燃油污染含水层,北美与欧洲认为内在生物修复是值得优先考虑的应用技术。然而,随着乙醇燃油的推广使用,我国在应用这样的经验时需要考虑乙醇的潜在影响。现有的文献研究表明乙醇存在能够阻止燃油主要污染物芳香烃(BTEX)的生物降解,降低水环境的pH值,并可能增强BTEX在水中的溶解性,或存在对生物的毒性,或因为乙醇降解降低介质的渗透性能。因此,需要更好地认识乙醇的潜在风险,为发展乙醇燃油污染含水层修复策略提供科学依据。     

干旱区绿洲土壤氟污染生态风险评估研究

以典型绿洲区土壤-植物系统为研究对象,在大田条件下创建了干旱区绿洲土壤氟生态风险评估模型,并运用此模型对白银市城郊土壤氟污染进行了风险评估,具体表现为用潜在生态风险氟有效态含量评估模型(ERbc)评估绿洲区土壤氟污染生态风险.结果表明,研究区生态风险指数介于1.37~24.81,绝大多数地点风险程度表现为很高到极高,平均生态风险指数为11.28,风险程度为极高.白银市东大沟水浇地农田土壤需关注氟污染的修复.     

区域次生环境风险评价方法研究

针对化工园区内各装置次生环境风险进行了系统研究,建立了一套区域次生风险识别方法,并且以成品油储罐区和7万吨苯抽提装置为例对研究区燃爆类风险源和泄漏类风险源分别进行次生环境风险分析,识别化工园区内对环境有潜在威胁的风险源,结果表明：有8个危险源存在次生风险事故,且对可能发生的次生事故类型进行分析,为化工园区的次生环境风险的监控和防范提供了依据。     

缺钙型羟基磷灰石对溶液中氟离子的吸附作用研究

利用一种含磷废水处理副产物--缺钙型羟基磷灰石(d-HAp)作为吸附剂,研究了其对氟离子的去除分离性能,探讨了溶液pH值、d-HAp投加量、共存钙镁离子及氯离子等因素对吸附作用的影响.结果表明,该缺钙型羟基磷灰石能够在较宽的pH范围(4～7)内有效吸附氟离子,并保持85%以上的去除率.高达200倍的Ca2+、Mg2+离子及Cl-离子的存在并未对氟离子的吸附产生明显影响,可适用于广大高氟水地区.该缺钙型羟基磷灰石对氟离子的吸附动力学符合Lagergren拟二级反应动力学方程,吸附速率快.吸附氟离子的过程可用Langmuir吸附等温模型描述,静态吸附容量可达26.11 mg·g-1.在实验条件下的吸附体系中,吸附机制主要为离子交换作用.     

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。