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.     

LNAPL在砂质含水层中动态迁移的电阻率法监测试验研究

在海滨潮间带采集细砂,通过室内柴油泄漏模拟试验,利用自制电阻率监测系统对轻非水相液体在砂土-地下水系统垂向渗透过程进行电阻率变化动态监测;通过配制不同含油率砂土测定其静态电阻率变化规律,探讨电阻率变化的影响因素;最后取样分析测定污染含水介质稳定后含水率及含油率,对监测结果有效性进行了验证;并利用显微成像法对污染砂土进行了微观形态分析.结果表明,柴油污染砂土微观形态上胶结现象明显;柴油渗透海滨砂土过程电阻率大小同含水饱和度,比电阻率和含油饱和度之间存在良好的相关性,均可用Archie公式拟合,n值分别为2.36和0.15;通过电阻率测定可以有效估算柴油透镜体厚度;电阻率随深度的变化可以反映含油率和含水率的垂向分布.本研究为轻质油品储罐或者海上油品输运过程泄露造成的海滨砂土地下污染扩散过程监测及机制研究提供了一种有效的方法,也可为其他典型石油泄漏污染场地的电阻率法探测或监测提供参考.     

纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的实验研究

为有效缓解乳化油在原位修复地下水污染过程中所产生的堵塞及修复效率降低的问题,采用升温相转变技术手段,制备纳米乳化油.并采用一维柱实验,开展微米及纳米乳化油在多孔介质中的迁移研究,对比分析微米及纳米乳化油造成多孔介质的渗透性损失、在多孔介质中的截留比率及迁移距离等问题,探究纳米乳化油缓解多孔介质渗透性损失的效果.实验结果显示,微米及纳米乳化油所导致的中砂介质渗透性损失分别为20.40%和3.20%,乳化油截留比率分别为28.51%和20.15%.由此可见,乳化油截留是多孔介质渗透性损失的重要原因,减小乳化油粒径可有效缓解多孔介质的渗透性损失.与微米乳化油相比,纳米乳化油有效降低中、细砂介质渗透性损失84.3%和47.5%.此外,乳化油截留对多孔介质渗透性损失的影响在一定程度上也影响到其在多孔介质中的迁移距离,微米及纳米乳化油在中砂介质中的迁移距离分别为6.53 m和8.19 m.相比之下,纳米乳化油所导致的细砂介质渗透性损失为10.70%,截留比率为25.71%,迁移距离为7.36 m,说明纳米乳化油迁移效果更佳,可适用介质范围更广.     

137Cs示踪技术在滦河源区栗钙土风蚀速率估算中的应用

对采集于滦河源区3个栗钙土剖面中的27个土层样品的pH、有机碳含量、碳酸钙含量、密度及质地进行了化验分析,运用ADCOM100超低本底γ谱仪测定了土壤样品1377Cs的比活度.结果表明,自然栗钙土以及被风蚀土壤剖面中137Cs比活度随深度呈指数递减式分布,其最大渗透深度可达约30cm;利用137Cs示踪技术估算的研究区土壤风蚀速率在0.1842cm·a-1和0.2897cm·a-1之间;栗钙土不同粒径土壤颗粒中137Cs的比活度差异显著,即细粒(粒径≤0.10mm的极细砂、粉粒和黏粒)中137Cs比活度大于细砂(0.10～0.25mm)中137Cs比活度大于粗粒(0.25～2.00mm的中砂、粗砂和极粗砂)中137Cs比活度.可见,运用137Cs示踪法可以定量估算区域土壤风蚀速率,但需综合考虑137s在土壤中的分布、土壤有机质含量和质地等因素,以使其结果将更为准确.     

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...     

乳化纳米铁浆液在含水层中的迁移特征研究

本文主要研究地下水修复试剂乳化纳米铁（EZVI）在含水层中的迁移特性和影响因素.一维模拟柱实验考察EZVI的穿透曲线和模拟柱中分布情况.结果表明：乳化植物油对纳米铁的改性显著提高了纳米铁在含水层中的迁移能力,EZVI的迁移距离为未改性纳米铁的2~3倍;EZVI中的乳化植物油会随水流迁移,分别形成纳米铁反应带和植物油反应带;岩性对迁移的影响表现为介质粒径越大,越有利于EZVI的迁移,且EZVI在粗砂中的迁移能力是细砂的1.9倍;注入速率通过影响纳米铁迁移到含水层介质表面的几率影响迁移行为,注入速率越大,迁移距离越长;共存离子对乳化纳米铁的迁移性能影响不大,会引起微量的铁的损失.最佳迁移效果的条件是3cm/min的注入速度,2g/L的注入浓度.     

LNAPLs污染物在层状非均质多孔介质中的运移试验研究

文章通过室内试验研究层状非均质多孔介质中轻非水相液体(Light Non-Aqueous Phase Liquid,LNAPL)的运移机制与分布特性。首先,在二维砂槽上进行LNAPL的入渗试验,试验过程中用数码相机进行拍照,把LANPL的扩散过程以图像的形式记录下来;然后,用AutoCAD对图片进行分析处理,得出不同时刻LNAPL的入渗锋面变化图。结果发现,介质结构突变面改变了LNAPL的迁移模式。在LNAPL由中砂进入细砂层后,由于受到毛细作用的增强,其运移速度加快;而由中砂进入粗砂,受粗砂介质阻滞作用增强的影响,LNAPL运移速度变小。当LNAPL由干砂进入湿润砂体时,由于孔隙水浮托力增大,LNAPL先产生纵向运移,随后以横向迁移的形式在地下水位上部聚积。当达到一定厚度后,LNAPL的压头足以克服浮托力,驱替孔隙水进入砂土孔隙。另外,LNAPL的厚度足够大时,方可克服饱水层受到的浮托力,在地下水位上形成LNAPL池,并因孔隙水向周围砂体排泄,LNAPL池周围的水位上升。     

PAM保水剂对生物反应器填埋场持水性能及生物活性影响研究

填埋垃圾的含水率是生物反应器填埋场中垃圾降解和渗滤液产生的重要影响因素.本文将农业上广泛应用的聚丙烯酰胺(PAM)高分子保水剂用于垃圾填埋场保水持水性能的改善,以提高填埋场微生物活性,促进有机物降解.选取了典型的非水溶性高分子保水剂JB和水溶性高分子保水剂WSN20,通过考察填埋过程中介质含水率、渗滤液产量及水质,填埋气组分和微生物活性的变化,评价保水剂种类及添加量对填埋介质持水性能和垃圾降解过程的影响.结果表明,保水剂的添加量对介质的持水能力和微生物活性具有较大的影响.适量高分子保水剂的添加可有效减少渗滤液的产生并改善其水质.其中非水溶性保水剂JB的效果尤为显著,0.1%的投加比时能使填埋装置内介质的含水率增加12%,提高填埋体系中的微生物活性3.3倍,渗滤液产生量的削减达到75.6%.     

特殊地质条件下流动相原油在沿海土-水系统中的运移过程及机制研究

原油作为主要能源之一对现代社会的重要作用不言而喻,但其所带来的污染危害同样不容忽视.通过自制的有机玻璃水槽,建立模型模拟自然地层的非均质性,模拟了原油在沿海土-水系统中的运移过程,探讨了局部非渗透性透镜体、底部隔水层、土壤初始含水率、土壤质地、岩性突变界面对原油在砂土中运移速度和路径的影响.结果表明,局部非渗透性透镜体和底部隔水层对原油的运移具有阻碍作用,会改变其运动速度和路径.在一定范围内,土壤初始含水率越高,原油的侧向运移速率和垂向运移速率越大(模拟成层性土层中原油垂向运移速率随含水率增大,由0.43 cm·min~(-1)增大到1.00 cm·min~(-1),在低含水率区域原油侧向运移速率分别为0.08 cm·min~(-1)(粗-细界面)和0.10 cm·min~(-1)(细-粗界面),而在含水率较高的区域则为0.14 cm·min~(-1)),而过高的含水率又会阻碍原油的运移.土壤孔隙越大,垂向运移越快,侧向运移越慢,反之,垂向运移越慢,侧向运移越快(模拟成层性土层中,原油在粗砂中的垂向平均运移速率为0.54 cm·min~(-1),而在细砂中仅为0.33 cm·min~(-1),自然泄漏时原油在粗砂中的最大扩散范围为9.10 cm,在细砂中为12.50 cm).原油在土壤中运移遇到岩性突变界面时,会产生聚集效应,在聚集处产生侧向运移,试验中在粗-细界面扩散宽度为6.70 cm,在细-粗界面扩散宽度为29.00 cm.     

柴油污染土壤原位生物修复实验研究

针对污染土壤原位生物修复技术,实验测得了实验用土壤的粒径范围、渗透率等物理性质及强制通风对于土壤内液体饱和度分布的影响,并以柴油为污染物进行了生物降解实验.实验结果表明:实验用土壤属砂质土壤,其气体渗透率为1.72×10-12m2.土壤中液体饱和度随着土壤深度的增加而增加.在微生物的作用下,土壤中的柴油污染物被降解,26天的降解效率可达60%,在渗透廊液位较低(土壤中质量含水量为CW=15%～20%)时,柴油不会下渗到土壤表层40cm以下,从而减小了污染深度.在渗透廊液位高度相同时,较大气体流量下土壤中残留的柴油含量较大.而在相同气体流量时,较大液体流量下土壤中残留的柴油含量较低.     

铅和铬污染包气带及再释放规律的实验研究

利用有机玻璃柱模拟包气带,研究了Pb2+和Cr6+在污染包气带时的迁移转化规律,以及雨水淋洗受污染包气带中重金属再释放规律.结果表明:包气带受重金属污染过程中,铅和铬在粗砂包气带中的迁移速率分别为7.25cm/d和0.4cm/d,远大于其在细砂包气带中的迁移速率4.46cm/d和0.36cm/d,且Cr2O72-形式存在的六价铬在包气带中的迁移速率比的铅离子迁移速率大10倍以上;在模拟实验中,溶液在通过包气带区域时六价铬还原为三价铬的反应很弱,通过包气带的水样中三价铬未检出,并且包气带介质中三价铬含量(0.006mg/kg)几乎为零;雨水淋洗铬和铅污染的粗砂和细砂包气带模拟研究中铅淋洗溶出率为0.056%和0.112%,铬淋洗溶出率为62.33%和40.36%.因此,Cr2O72-在砂质包气带中的迁移性很强且容易从介质表面淋洗去除,而铅在介质中的迁移性较差且很难从介质中淋洗去除掉.     

石油烃在非均质包气带中的吸附作用及迁移规律

为深入分析强非均质性污染场地中石油烃的运移规律,探究石油烃类污染物在场地中的吸附、迁移及其影响因素,选取潮白河上游为典型研究区,受冲洪积扇条件控制,区域内包气带非均质性强,地下水埋深较大.采集污染场地包气带介质样品,分别装填原状土（0~20 mm）、细颗粒（< 2 mm）和粗颗粒（>4 mm）3种介质迁移柱,通过土柱淋滤试验表征石油烃在典型介质中的迁移特性;通过静态吸附试验和微生物降解试验识别石油烃迁移过程的关键影响因素,揭示多要素作用条件下的石油烃迁移规律.结果表明:原状土、细颗粒和粗颗粒这3种介质迁移柱出水中石油烃浓度均呈先下降、后波动上升、最终趋于稳定的趋势.3种介质对石油烃的吸附过程均呈现快吸附和慢吸附两个阶段,快吸附阶段发生在试验0~15 h内,完成了吸附的70%~80%;慢吸附阶段持续时间较长,吸附总量缓慢增加.固液比、温度和pH等要素对3种介质石油烃吸附性能的影响相对较小.微生物降解是慢吸附阶段石油烃浓度呈波动上升的主要原因,且在整个石油烃垂向迁移过程中,吸附作用对石油烃去除的贡献率为80%,微生物降解的贡献率为20%.研究显示,相对于微生物作用而言,强非均匀介质在石油烃类污染场地的污染物吸附和迁移过程中起关键控制作用.      

土壤质地和湿度对SVE技术修复苯污染土壤的影响

土壤蒸汽抽提技术(soil vapor extraction,SVE)是一种安全、经济、高效的土壤治理技术,广泛应用于包气带土壤中挥发性有机污染物的去除.本研究选取有机污染物苯为对象,通过一维土柱通风模拟,分析了土壤质地(壤砂土、粉壤土和黏土)和湿度(0%、10%和20%)对SVE技术修复苯污染土壤的影响.结果表明,由于受到粉壤土有机质和黏土的通透性影响,这两组实验的SVE修复效率(68.3%和43.4%)小于壤砂土实验组(98.5%);此外,20%和10%湿度条件下的壤砂土土柱模拟实验会出现拖尾现象,而且湿度越大,SVE的修复效率越低.     

Influence of biosurfactant on the diesel oil remediation in soil-water system

There were six high diesel oil degrading bacteria strains isolated from the oil contaminated soil that collected from Linzi City. The strain YI was able to produce biosurfactant rhanmolipid when cultivated on diesel oil as carbon source. The critical micelle concentrations （CMC） of rhanmolipid in water and in the soil were measured respectively according to the correlation between the surface tension of the medium and the added rhamnolipid concentration. The results showed that the CMC of rhanmolipid in water was 65 mg/L, and was 185 mg/L in soil. The tests on diesel oil biodegradation were conducted with the addition of different concentrations of rhamnolipid in water and in soil respectively. When 0.01% rhanmolipid was added to water, the diesel oil degradation was enhanced. On the contrary, when the same concentration of rhanmolipid was added to the soil, the degradation of diesel oil was inhibited. The results suggested that the rhamnolipid could enhance the diesel oil biodegradation, indicating that the concentration of rhamnolipid was higher than the corresponding CMC in the medium. Kinetics parameters for the diesel oil biodegradation parameters such as biodegradation constant （λ）, coefficient of correlation （r） and half life （t1/2） in both tests were numerically analyzed in this paper, indicating that the moderate concentration of rhamnolipid in the medium could not only enhance the extent of diesel oil biodegradation but also shorten the time for oil remediation.     

包气带砂层中生物作用对垃圾渗滤液中污染物的去除研究

通过2个砂柱的对比实验,研究了包气带砂层中生物作用对垃圾渗滤液污染物去除的影响.实验中首先确定了HgCl2为生物作用抑制剂,最佳抑制浓度为10 mg/L.然后砂柱1采用垃圾渗滤液进行淋滤,砂柱2采用加入了10 mg/L HgCl2的垃圾渗滤液进行淋滤.实验结果表明,随着淋滤时间的延长,砂柱1中的生物作用逐渐增强;到实验结束时,垃圾渗滤液COD和BOD5的浓度分别降低了2 724 mg/L和2 332.5 mg/L,NH 4的含量从1 282.82 mg/L上升到1 745.48 mg/L,TN的去除效果并不明显;砂柱2由于生物作用受到了抑制剂的抑制作用,当垃圾渗滤液污染物质穿透砂柱后,其浓度基本保持平稳.根据实验结果得到砂柱中生物降解COD的一级衰减动力学模型.     

海州湾秋季沉积物磷的形态分布及生物有效性

采用改进的连续提取法（SEDEX法）对2016年秋季（10月）海州湾的表层和柱状沉积物进行磷形态测定,研究不同形态磷的分布特征并分析其生物有效性.结果表明：表层沉积物样品总磷的含量为0.340~0.445mg/g,无机磷的含量为0.271~0.350mg/g;柱状沉积物中总磷的含量为0.367~0.614mg/g,无机磷的含量为0.302~0.443mg/g.总磷中以无机磷为主要赋存形态,无机磷中又以原生碎屑磷为主,各形态磷的含量大小顺序为;总磷（TP） > 无机磷（IP） > 原生碎屑磷（DAP） > 自生钙结合态磷（ACa-P） > 有机磷（OP） > 不稳态磷及铁结合态磷（Fe-P）.通过对磷的生物有效性研究发现,本次调查海域表层沉积物中的生物有效磷（BAP）含量为0.069~0.143mg/g,在TP中所占的百分比为19.44%~32.66%,平均值为24.17%;柱状沉积物的BAP含量为0.062~0.217mg/g,在TP中所占的百分比为16.11%~43.54%,平均值为30.77%,磷的释放风险较小.沉积物各形态磷与粒径的相关性结果显示,在柱状沉积物中,Fe-P、OP和ACa-P与细粘土、粗粘土和细粉砂为正相关性,而与粗粉砂、细砂和中砂则为负相关性,DAP则主要与粗粉砂、细砂和中砂表现出了极显著正相关性,与细粘土、粗粘土和细粉砂表现出显著负相关性,BAP与颗粒物粒径的相关性则具有一定的差异性,具体表现在不同粒径组成和平面分布上.     

含砷矿区河流沉积物粒径组成及砷赋存特征

矿区河流沉积物是重金属污染物的迁移载体。研究了某含砷矿区河段沉积物砷含量分布、赋存形态及粒径对沉积物中砷水力传输的影响机制。结果表明:矿区河流沉积物中砷污染问题突出;沉积物颗粒大小不仅影响砷在沉积物组分中的分配与赋存形态,还会影响水环境中砷的传输。在矿区上游和中上游河段,沉积物均以粗砂、中砂组分为主,上游河段沉积物中砷含量为18.53 mg/kg,主要来源于原生矿物,以结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态等稳定形式存在。中上游河段沉积物中砷含量达到3492 mg/kg,主要来源于采矿活动导致矿石中砷的氧化溶出和部分原生矿物,粗砂、中砂组分(73.90%)中砷以弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态为主,分别占总砷含量的83.71%和83.82%,细砂、极细砂、粉砂中砷主要以专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态存在,分别占总砷含量的58.72%、58.51%和73.10%。在距离矿区2,4 km处的中游、下游河段沉积物砷含量仍有371,247 mg/kg,以细砂、极细砂、粉砂为主,其中专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态砷是主要形态;沉积物<0.25 mm(细砂、极细砂、粉砂)组分中砷含量是粗砂组分的1.5倍,<0.25 mm细颗粒沉积物对砷的水力传输起主导作用。因此,应加强废弃含砷矿区河流生态治理和水土保持,防止细泥沙入水;同时,加强下游河段沉积物生态疏浚和修复治理,防止沉积物中砷的再释放。     

砂土中柴油的微生物降解研究

从加油站污染土壤中筛选出对柴油具有较强降解能力的菌株,比较研究菌株及菌群降解柴油的差异,探讨植物苜蓿和芥菜对菌株降解柴油污染物的影响.结果表明:①菌株Q18和菌群对砂土中柴油都具有较强的降解能力,菌群对柴油的降解率明显高于菌株Q18.菌株Q18 和菌群在5 d内对柴油的总降解率分别为40.29%和54.15%.与菌株Q18降解柴油相比,菌群主要是强化了中、长链烷烃化合物的降解.②在砂土中,苜蓿和芥菜都能显著地强化菌株Q18对柴油的降解,但苜蓿强化菌株Q18降解柴油的能力强于芥菜. 5 d内菌株Q18-芥菜和菌株Q18-苜蓿复合体系对柴油总降解率分别达到60.05%和56.68%.③菌群和苜蓿及芥菜复合体系降解柴油的能力也有显著提高,但芥菜强化菌群降解柴油的能力强于苜蓿.5 d内菌群-芥菜和菌群-苜蓿复合体系对柴油总降解率分别为75.53%和70.50%.