地下水循环井技术修复硝基苯污染含水层效果模拟

实验在二维模拟槽中进行,以曝气前后地下水水位高度变化表征地下水循环强度,分析了地下水初始水位,曝气量和地下水初始流速对循环井运行的影响,并以得到的最佳运行参数进行硝基苯污染地下水修复效果模拟.结果表明,地下水初始水位45 cm,曝气量0.7 m3·h-1,地下水初始流速低于1.0 m·d-1时,循环井可以达到良好运行状态.硝基苯在地下水中的纵向迁移距离明显大于横向,泄漏第50 d时,平均浓度达到246.97 mg·L-1.循环井修复过程中,逐渐形成一个以循环井为中心的有机物高效修复区域.该区域内有机物被优先去除,浓度持续下降.高效修复区域外,存在过渡区域,该区域内有机物的浓度受有机物吸附/解吸和迁移性共同作用影响.整个修复过程中,硝基苯的浓度经历了快速下降-缓慢下降-浓度拖尾3个阶段,累计曝气14 h后,硝基苯的平均浓度下降至71.19 mg·L-1,残留的硝基苯分布在远离循环井的区域.由此可见,地下水循环井技术能够较好地修复硝基苯污染的地下水,修复过程存在最佳运行条件及最适修复时间.     

水力截获技术在地下水污染修复中的应用——以某危险废物填埋场为例

填埋场渗滤液引发的地下水污染问题日益严重,防渗失效情况下,如何采取有效措施阻止污染物扩散成为保护地下水的关键。本文以某危险废物填埋场为例,假设填埋场防渗结构完全失效,渗滤液随大气降雨连续入渗直接进入地下水,以Ni作为主要污染物,利用Visual MODFLOW模拟软件建立了Ni在地下水中迁移扩散的模型,预测其在地下水中的时空迁移扩散规律,并在此基础上,通过优化抽/注水井,建立有效的水力截获带对地下水污染进行修复。结果表明:六抽一注井群系统,单井抽水量为350m3/d时的修复效果最佳;水力截获技术可以直接将受污染水体抽除,将污染羽控制在拟建工程内部,以达到有效保护周围地下水环境的目的。     

基于MODPATH模型的单井抽出-回渗循环地下水水力控制程度的关键影响因素研究

为研究单井抽出-回渗循环地下水水力控制程度(抽水井对回渗水的捕获率)和关键因素对水力控制程度的影响机制,构建了基于GMS模拟软件的MODPATH地下水流线示踪模型,根据实验室尺度砂柱物理模型的实测水位数据校准,结合渗透系数为0.009、0.02、0.04、0.09 cm/s四种不同水文地质条件和抽出回渗量为1、2.5、5、10 cm³/s四种水动力条件以及25、30、32、35 cm四种回渗半径的情景设置,模拟了地下水质点的迁移轨迹,刻画了抽水井的捕获范围,量化了抽水井对地下水流场的水力控制程度,并构建了水力控制程度与关键参数之间的定量关系.结果表明：(1)砂柱物理模型在1、2.5、5、10 cm³/s四种流量下达到抽出-回渗平衡时,捕获率分别为95.63%、97.69%、97.93%和98.17%;(2)物理模型内抽水井捕获范围均小于回渗范围且捕获率随流量增加而变大;(3)回渗范围和含水层渗透系数一定时,随着抽出-回渗量的增大,捕获范围和捕获率均增大;(4)当回渗范围和抽出-回渗量一定时,随着含水层渗透系数的增大,捕获范围和捕获率均减小;(...     

碳纳米管固相萃取富集水样中苯胺类化合物

文章建立了固相萃取-高效液相色谱-UV分析水样中间硝基苯胺和邻硝基苯胺的方法。环境水样经多壁碳纳米管填充的固相萃取小柱富集净化后,以甲醇-水(70:30,V/V)为流动相,在Symmetry-C18色谱柱上分离,紫外光度法(λ=240 nm)分析目标化合物,采用外标法定量。结果表明,间硝基苯胺和邻硝基苯胺的平均加标回收率为85.2%¹06.0%,相对标准偏差为1.5%106.0%,相对标准偏差为1.5%⁶.4%(n=3)。以信噪比(S/N)为3计算,间硝基苯胺和邻硝基苯胺的检出限分别为0.047和0.039μg/L。方法可用于环境水样中间硝基苯胺和邻硝基苯胺残留量的测定。     

GC-ECD测定地表水中的硝基苯类和氯苯类化合物

文章分别以液液萃取法和固相萃取法作为预处理方法,建立了地表水中12种硝基苯类和氯苯类化合物的气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)分析检测方法,其中包括1,2-二硝基苯、1,3-二硝基苯、1,4-二硝基苯,2-硝基氯苯、3-硝基氯苯、4-硝基氯苯、1,2,3,4-四氯苯、1,2,3,5-四氯苯、1,2,4,5-四氯苯、2,4-二硝基甲苯、2,4-二硝基氯苯、2,4,6-三硝基甲苯。通过对实验条件的优化,对100 mL水样的方法检出限为液液萃取0.05⁰.15μg/L,固相萃取0.100.15μg/L,固相萃取0.10⁰.16μg/L范围内,加标回收率分别为80.7%0.16μg/L范围内,加标回收率分别为80.7%⁸8.0%和74.2%88.0%和74.2%¹01%,相对标准偏差分别在1.8%101%,相对标准偏差分别在1.8%⁵.3%和3.7%5.3%和3.7%⁵.5%之间。应用所建立的方法,对上海市地表水样进行监测分析,12种目标物质仅检出硝基氯苯,浓度为ND5.5%之间。应用所建立的方法,对上海市地表水样进行监测分析,12种目标物质仅检出硝基氯苯,浓度为ND⁰.52μg/L,样品加标回收率为液液萃取72.5%0.52μg/L,样品加标回收率为液液萃取72.5%⁸1.9%,固相萃取67.0%81.9%,固相萃取67.0%⁹1.0%。     

厌氧流化床微生物燃料电池处理废水的产电特性

在内径40mm、高600mm的液固厌氧流化床空气阴极单室微生物燃料电池(MFC)中,分别以污水和椰壳活性炭为液相和固相,采用间歇运行方式,考察了接种厌氧污泥条件下流化状态对电池产电性能的影响.实验结果表明,固定床条件下,电池启动迅速.初始电压为200mV,80h后电压急剧上升,100h后电池开路电压稳定在700～900mV之间.对比电压和功率密度随电流强度变化的曲线知,电池启动成功后,固定床状态下,电池最大输出功率密度随污水循环流速的增加而增大.床层颗粒由固定状态转变为流化状态后,电池最大输出功率密度由初始值120mW·m-3增加至220mW·m-3,说明流化床可以改善MFC阳极室内传质效果,加快反应速率,提高MFC产电性能.     

卡鲁塞尔氧化沟液-固两相流动混合物模型与两相水力特性模拟

采用CFD数值计算的方法研究了卡鲁塞尔氧化沟工艺的污水-污泥两相水力特性.将污泥沉降模型进行湍流影响修正后与两相湍流混合物模型耦合,建立了氧化沟液固两相湍流混合物模型,实现了垂向上液固两相运动的分离;利用计算流体软件Fluent对工业规模污水厂氯化沟的污水-污泥两相流速进行模拟,结果表明,两相流混合物模型较好地揭示了氧化沟内混合液流场和污泥的分布情况,污泥浓度与流速呈负相关.     

内循环生物流化床反应器流体力学特性的数值模拟

首先采用气、液两相模型对7组结构参数的反应器进行模拟计算,然后根据计算结果选择了一组较优的结构参数进行气、液、固3相的数值模拟计算.结果表明,通过数值模拟方法对内循环生物流化床反应器流体力学特性进行计算可获得优化的反应器结构参数;明确了循环挡板的长度及位置对反应器内液相流场分布的影响较为显著的事实;同时指出固相颗粒的加入对反应器内液相流速的分布几乎没有影响,固相含率较高的区域在反应器升流区.     

超采背景下地下水化学特征演变及机制分析——以新疆昌吉州东部奇台县为例

地下水超采不仅引发生态与地质环境问题,而且对水质产生影响.探究超采背景下地下水化学演变特征,对区域地下水资源开发利用与保护具有重要意义.本文基于2001―2020年16眼原位井长系列监测数据及2020年30组地下水水质数据,采用Piper三线图、Spearman秩相关系数法、Gibbs图、离子比值法等方法对奇台县近20年地下水化学变化特征进行了分析.结果表明：(1)超采背景下,近20年奇台县平原区矿化度(TDS)呈下降趋势,水质趋于淡化.地下水化学类型主要由SO₄·HCO₃-Ca·Mg型过渡到SO₄·HCO₃-Ca·Na和SO₄-Ca型.(2)2001年和2020年地下水水位与水化学特征空间变化规律具有一致性,地下水位降幅较大区域对应的Mg²⁺、Na⁺、Cl^-含量变幅也相对较大,地下水化学组分受地下水超采影响较大.(3)超采背景下,地下水埋深增大,蒸发浓缩作用减弱甚至消失.地下水化学组分受岩石风化溶滤作用和矿物的...     

基于水化学和氢氧同位素的泰安城区岩溶地下水补给来源及演化过程

泰安市城区岩溶地下水较丰富,是重要的地下水供水水源地.基于泰安城区岩溶水和地表水的水化学和氢氧同位素(δD、δ¹⁸O和³H)特征,结合Gibbs图解、主要离子比值,揭示岩溶地下水补给来源、补给年代、循环更新能力及主要的水-岩作用演化过程.结果表明,区内岩溶地下水阳离子以Ca²⁺和Na⁺为主,阴离子以HCO₃^-和SO₄^2-为主,K⁺、NO₃^-、Cl^-、Na⁺和SO₄^2-的变异系数较大,空间差异性较强,Ca²⁺和HCO₃^-的含量较稳定.水化学类型复杂多变,主要为HCO₃·SO₄-Ca型、HCO₃·Cl-Ca型和HCO₃     

纳米零价铁催化过氧化氢强化修复4-氯硝基苯污染地下水的研究

化学氧化还原技术是快速修复受污染地下水的重要手段,为探明某污染场地地下水化学修复的可行性和有效性,通过FeSO4与NaBH4液相还原反应制备了纳米零价铁(nZVI)颗粒,对其进行了扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)形貌观测与分析表征.采用制备的nZVI,在常温常压下催化H2O2修复4-氯硝基苯(4-ClNB)污染地下水.考察了不同工艺反应条件对修复效果的影响,分析探讨了工艺对特征污染物的降解机制.结果表明,在温度30℃、初始pH值3.0、nZVI质量浓度268.8mg·L-1、H2O2浓度4.90 mmol·L-1时,nZVI催化H2O2工艺能在30 min内完全转化降解污染地下水中4-ClNB.通过GC/MS、LC/MS和IC鉴定得到4-ClNB降解的主要中间产物,包括4-氯亚硝基苯、4-氯羟基苯胺、4-氯氧化偶氮苯、4-氯偶氮苯、4-氯苯胺、对苯醌、甲酸、乙酸、草酸和氯离子等,并在此基础上给出了4-ClNB可能的降解途径.     

内蒙古东北部地区地下-地表饮用水源多环芳烃污染特征与风险

多环芳烃是水环境中普遍存在的有害污染物,了解多环芳烃的污染特征与风险水平对饮用水源地的可持续发展及饮水安全具有重要意义.为此,采用固相萃取-气相色谱-质谱定性定量分析法对内蒙古东北部地区的满洲里和新右旗饮用水源33个（包含22个地下水和11个地表水）采样点中多环芳烃的残留进行了测定,分析了多环芳烃的污染水平并进行了健康和生态风险评估.结果表明,研究区域饮用水源水体33个采样点均有PAHs检出,除苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘和二苯并[a, h]蒽这3种单体检出率范围为36.36%～95.45%外,其余13种PAHs单体检出率均为100%.■检出范围为42.76～164.50 ng·L^-1,平均值为90.82 ng·L^-1,其中地表水和地下水中■检出范围分别为66.39～164.50 ng·L^-1和42.76～147.70 ng·L^-1.检出的PAHs单体ρ（萘）最大,平均值达36.91 ng·L^-1,ρ（蒽）最小,仅为0.81 ng·L^-1,其中地下水与地表...     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

活化过硫酸盐对2-巯基苯并噻唑污染含水层的氧化修复效果与机理

利用活化过硫酸盐(Persulfate,PS)对模拟含水层中的2-巯基苯并噻唑(2-Mercaptobenzothiazole,MBT)进行了原位氧化降解实验研究,并考察了多种不同条件下的处理效果,明确了介质含量、地下水组分、修复试剂投加量及环境条件等因素的影响.同时,采用多种分析手段对MBT降解产物进行了识别和定量并进行了物料衡算,初步探讨了地下水中MBT原位降解的机理.结果表明,在MBT初始浓度为0.12 mmol·L^-1、PS浓度为1.0～1.3 mmol·L^-1、Fe²⁺浓度为0.05～0.4 mmol·L^-1、多孔介质(粗砂)量为10～50 g、pH为3～9且温度为25～50℃的条件下,反应6 h后MBT去除率达到90%以上,Fe²⁺/PS体系可以在模拟的地下环境中有效降解MBT.模拟含水层多孔介质对MBT具有一定的吸附作用,适度增加PS和Fe²⁺剂量均能有效提高MBT去除速率.初始pH值越高,MBT去除率越低;反应温度越高,MBT去除率越高.地...     

贵州双河溶洞地下水体中抗生素污染特征及风险评价

抗生素在喀斯特岩溶地区的运移速度快,是严重威胁喀斯特岩溶地区水生态的新污染物.研究选取贵州省双河洞,利用固相萃取-液相色谱串联质谱法(SPE-LC-MS)分析溶洞地下水中的21种抗生素,初步探究该溶洞地下水中抗生素的分布特征,并进行生态风险评估.结果表明,9个采样点共检出10种抗生素,总浓度为55.81～118.7 ng·L^-1.其中,磺胺间甲氧嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶、环丙沙星和氧氟沙星在所有样品均有检出,其最高检出浓度分别为5.25、5.30、34.33和34.68 ng·L^-1.磺胺间甲氧嘧啶、磺胺对甲氧嘧啶和甲氧苄啶与pH呈显著相关性,金霉素与部分阴离子和阳离子具有显著相关性.选择7种检出率大于40%的抗生素进行生态风险评估,发现氧氟沙星处于高风险水平,金霉素与恩诺沙星处于中风险水平,其余3种处于低风险水平,说明双河洞地下水体中抗生素会造成一定的生态风险.     

过硫酸钠缓释胶囊反应带修复苯胺污染地下水

针对有机污染地下水原位化学氧化修复中普遍存在的氧化剂过量使用、污染物反弹和二次污染问题,以苯胺（AN）为特征污染物,以活化过硫酸盐为氧化剂,采用硬脂酸为胶结剂,制备过硫酸钠（PS）和硫酸亚铁（FeSO₄）缓释胶囊,构建基于PS和FeSO₄缓释胶囊的可渗透反应屏障（PS-FeSO₄-PRB）,考查了缓释胶囊组分、地下水流速对PRB中活性物质释放和AN去除的影响.结果表明,当缓释胶囊中活性物质/硬脂酸为1/2,地下水流速为0.1mL/min时,48h后PRB中PS和Fe²⁺累计释放率分别为43.18%和14.98%.当PRB中FeSO₄/PS为1/9时,AN累计去除率达到95.37%,TOC累计去除率为57.07%.采用砂柱模拟AN污染地下水,比较了直接注射PS和FeSO₄与PS-FeSO₄-PRB两种处理方式的修复性能,4d内两者的AN累计去除率分别为35.22%和69.74%,TOC累计去除率分别为15.83%与14.88%.PS-FeSO₄-PRB修复效果明显高于直接注射处理.GC/MS分析表明,处理后产生了对苯醌、偶氮苯以及长链烷烃等产物,导致AN矿化率不高.pH值和Eh连续记录结果表明,PS-FeSO₄-PRB处理能够保持反应体系氧化还原电位和酸碱性的相对稳定.相比直接注射氧化剂,基于PS和FeSO₄-缓释胶囊的PRB处理中地下水的急性毒性更低,二次污染风险更小.     

循环井技术对低渗透性透镜体二级污染源的修复效率评估方法

以地下水循环井技术（GCWs）修复含水层低渗透性透镜体内污染物为研究对象,通过解析含水层内污染物浓度的空间分布规律和时间演化过程,构建了评估循环井修复低渗透性透镜体二级污染源修复效率的评价方法 .主要评价指标包括污染物平均浓度、污染物修复的时间累积效率系数和界限流线的几何特征及其上渗流入渗角度,分别用以评价瞬时修复效率、时间累积修复效率和渗流模式对污染物修复效果的影响.同时,利用COMSOL数值模拟软件,模拟了不同工况下循环井驱动的低渗透性污染源的反向扩散过程,并利用所构建的评估方法进行评估.结果表明：(1)随注水口高程降低或抽水口高程升高,循环井的修复效率总体呈递减趋势,其中,注水口略高于或抽水口略低于透镜体时修复效率较高;(2)循环井注水/抽水的质量通量越大、透镜体的长宽比系数越大、透镜体距离循环井越近,其修复效率越高;(3)界限流线位于以透镜体中心为原点的二、三象限时,循环井的修复效率较好;其上渗流入渗方向垂直于透镜体的上水平界面时,修复效率较高;随界限流线与透镜体的上界面法线夹角增大,修复效率降低.     

淮南煤矿区地表水和地下水水化学特征及控制因素

为厘清淮南矿区地表水和地下水水化学特征和控制因素,采集115组地下水和30组地表水样品,基于数理统计、 Piper三线图、 Gibbs图、矿物稳定场图和离子比例系数等方法,分析了淮南煤矿区地表水和地下水的水文地球化学特征,研究了其水化学特征演变规律.结果表明,淮南煤矿区地下水和地表水呈弱碱性,地表水和地下水中优势阴阳离子为HCO^-₃、 Ca⁺和Na⁺.HCO₃-Ca型和HCO₃-Ca·Na·Mg型为地表水和地下水的主要水化学类型.地下水和地表水的水化学特征主要受岩石风化作用控制,阳离子交替吸附和蒸发对其有一定的促进作用.水岩作用以硅酸盐和碳酸盐矿物的溶解为主,碳酸盐岩的溶解制约Ca²⁺、 Mg²⁺和HCO^-₃等离子的变化.地表水和地下水中Cl^-、 SO₄^2-、 NO^-₃     

新疆车尔臣河流域绿洲带地下水咸化与污染主控因素

车尔臣河流域绿洲带地下水是当地居民生产生活的重要水源,查明地下水咸化和污染的控制因素,对可持续开发利用地下水资源和保护沙漠绿洲带生态环境具有重要意义.在该区共采集36组单一结构潜水样品和54组多层结构潜水-承压水样品,在确定地下水主要离子分布特征和污染现状基础上,应用水文地球化学方法(Piper图、多元统计、 Gibbs模型和离子间内联关系)综合揭示地下水咸化和污染的主控因素.研究区地下水从山前倾斜平原单一结构潜水至冲洪积平原多层结构潜水-承压水具有一定分带性,Cl-Na水(87.8%)是研究区地下水主要的水化学类型.单一结构潜水水质明显优于多层结构潜水-承压水,多层结构潜水-承压水咸化主要由Na⁺(均值9 969 mg·L^-1)、 Cl^-(均值13 687 mg·L^-1)和SO₄^2-(均值5 840 mg·L^-1)导致,自然的水文地球化学过程是导致地下水水质恶化的主要原因.地下水化学主要受水岩作用和蒸发-浓缩作用控制,硅酸盐岩和蒸发...     

PRB活性介质球磨硫铁矿去除硝基苯

采用机械化学法制备了球磨硫铁矿粉末（BMP）,采用批次实验研究了BMP对硝基苯（NB）的还原性能,采用砂柱实验考察BMP用于填充可渗透反应屏障（PRB）以修复硝基苯污染地下水的可行性.X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅立叶变换红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）对BMP反应前后的形态、晶体结构和元素组成进行表征分析.结果表明,BMP可以有效地去除NB,去除率达98.8%,主要还原产物为苯胺（AN）.准一级动力学模型较好地拟合了NB的降解过程,降解动力学常数为59.03×10^-3min^-1.GC-MS分析未检出除AN外的其它污染物.砂柱实验结果表明,BMP-PRB可以连续高效去除模拟地下水中的NB,地下水成分保持稳定,急性毒性显著降低.表征分析表明,BMP对NB及其还原产物有一定的吸附作用.BMP表面持续产生具有还原性的Fe²⁺和S^2-等活性物质,可与NB的强吸电子基团硝基反应生成AN和Fe³⁺,而Fe³⁺氧化硫铁矿会产生Fe²⁺并促进Fe²⁺-Fe³⁺循环.