我国工业场地地下水污染防治十大科技难题

我国工业场地地下水污染严重,污染地块省级名录中含地下水信息的地块有31%存在地下水污染. 近年来,地下水风险管控和修复工作日益得到政府和行业的高度关注,相关环境管理体系逐步完善. 2021年国务院发布的《地下水管理条例》将会进一步推动工业场地的污染地下水风险管控与修复治理工作. 但是,我国当前地下水领域的相关研究仍然比较薄弱,不能完全满足国家的重大需求. 本文根据地下水修复领域国际研究前沿和国内的发展与管理现状,提出未来污染场地地下水修复的十大科学与技术挑战:地下水修复与风险管控的绿色可持续性,污染物及水文地质条件的精准刻画与风险评估,水土协同治理,低渗透地层及透镜体的反向扩散,原位氧化和生物修复过程中的有毒副产物生成,物理分离技术的拖尾,地下水修复中的污染物反弹,大型复杂污染场地的治理与管控,岩溶裂隙水污染迁移与风险管控方法,以及地下水中新污染物. 克服这些科技挑战的过程也必将给我国地下水污染防治事业的发展带来重大的机遇.      

焦化污染场地集成修复模式应用案例分析

目前国内针对焦化污染场地的治理修复技术单一,在修复过程中存在工程效率低、修复成本高等问题。本文根据试验场地水文地质特点与不同风险等级、污染情况,采用分区治理思路,探索出针对中风险区域的原位电阻加热-多相抽提-固化降解集成技术,和针对高风险区域的热传导热吸附-水平井-化学氧化集成技术。该集成模式可实现对污染物的精准加热,提高污染物的去除效率,降低加热能耗,提高经济可行性,达到焦化污染场地治理与再利用的效果。     

我国污染场地中新污染物的环境行为和修复进展

新污染物在土壤中具有生物毒性、环境持久性和生物积累性等特征,广泛存在于我国污染场地中。对污染场地土壤中新污染物的研究现状、迁移转化机制和修复进程方面的研究进行综述,对典型新污染物在土壤中的来源和生物毒性进行详细讨论,并展望我国污染场地新污染物修复的未来,以期对今后新污染物检测—代谢途径—土壤修复技术全链条深入研究、新污染物治理的理论依据和实际应用的发展提供参考。     

挥发性有机物污染场地修复与风险控制技术

挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)是场地中常见的污染物,其迁移扩散性强,对环境和人类健康造成威胁。本文梳理总结了近年来国内外在VOCs蒸气入侵行为理论及修复与风险控制技术方面的研究进展,阐述了一系列可用于VOCs污染场地修复与风险控制的相关技术,对不同技术的优缺点、适用范围和应用情况进行了归纳和评价,总结了选择风险控制技术需要考虑的因素,同时指出风险控制系统需要开展有效性、稳定性及长期性的效果评估,并提出如下建议:结合我国场地特点和建筑特征,进一步揭示VOCs蒸气入侵的传输机理和驱动机制;建立修复技术与风险控制技术相结合的VOCs污染场地风险管控技术模式;制定适合我国国情的VOCs蒸气入侵风险控制技术标准体系。     

地下水氯代烃污染修复技术研究进展

氯代烃作为重要的化工原料被广泛应用,使用过程中的跑冒滴漏已使其成为地下水中最常检测出的有毒有害污染物之一,严重影响人体健康与生态环境安全.为更清楚地了解地下水中氯代烃污染特点与修复技术发展现状,首先对地下水中氯代烃迁移转化特征进行梳理,分析并总结氯代烃多相态、多介质赋存状态以及影响其迁移转化的因素;其次,归纳阐述不同赋存状态下氯代烃适用的修复技术,包括试验研究与实际场地修复方面的研究进展以及修复过程中存在的问题;最后,结合当前研究现状,对氯代烃修复技术的发展方向进行展望.调查研究表明,PRB技术墙体新介质、缓释氧化剂及污染物靶向修复材料的开发、高抗性且生存能力强的工程菌培育以及修复技术之间的联用将是地下水氯代烃污染治理的发展方向;同时,在修复技术的选择与联用上,必须遵循技术与场地水文地质条件相适应的修复思路.      

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.      

京津冀化工场地地下水污染修复治理对策研究

京津冀化工场地地下水污染问题突出,严重威胁当地饮水安全和可持续发展,亟待开展修复治理.针对京津冀化工场地地下水污染现状,分析了化工场地地下水污染修复面临的挑战,提出了分区分级的修复治理对策.结果表明:①针对可能存在NAPL(非水相液体污染物)的高风险污染源区,采取高强度修复措施,以实现污染物总量的快速削减;②针对中度污染区,采取单位能耗强度更低的长效修复措施,降低修复成本和二次污染风险;③针对低风险的轻度污染区,采取风险管控措施.结合对典型化工场地地下水污染修复技术的分析,提出的分区分级修复治理对策具有以下特点:①多技术耦合,形成互补效应,可提高修复效率;②节约修复成本,降低二次环境影响;③体现基于风险的原则,避免过度修复.      

挥发性有机物污染场地挖掘过程中污染扩散特征

我国城市工业污染场地主要受挥发性及半挥发性有机污染物(VOCs/SVOCs)的污染.挥发性有机污染物挥发性大,在环境中容易迁移,土壤被挖掘和扰动时,土壤中VOCs很容易形成短时间内的相对较高浓度释放;如果施工人员没有进行适当防护,极易产生健康危害.本研究通过现场快速监测与采样管采样技术相结合,研究污染场地修复开挖过程中气态污染物的分布规律.监测结果表明,在场地开挖的主导风向上,气态污染物浓度分布随距离而下降,并呈现波峰和波谷交替出现的特征.监测结果可以用多个高斯烟团的叠加来拟合.本研究结合工业场所职业健康与安全有关限值,推导污染土壤修复开挖现场安全区域划分的方法,并提出相应分区的个人安全防护响应措施.     

VOCs相间非平衡态迁移对土壤修复效果的影响

挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）普遍存在于工业污染场地,因其易迁移和难降解的特性而受到广泛关注.修复VOCs污染场地时通常存在拖尾、反弹和二次污染物释放的现象,限制了对VOCs的修复效率,这些现象均与修复过程中VOCs在相间的非平衡态迁移有关,但目前仍缺乏定量化的研究.基于此,选择四氯化碳为典型的VOCs,采用沙箱试验,探究了VOCs的相间非平衡态迁移在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术应用过程中对土壤修复的影响.结果表明:在表面通风和土壤挖掘过程中能产生较为显著的二次污染物释放现象;在热脱附和气相抽提联用技术的修复过程中能产生拖尾现象,而在修复结束后则会产生反弹现象,这些现象均为相间非平衡态迁移的表现形式.其中,在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术修复过程中,四氯化碳释放通量的最大反弹幅度分别为0.69、2.80和64.00倍,表明相间非平衡态迁移对热脱附和气相抽提联用技术产生的影响最大.研究显示,相间非平衡态迁移在不同的土壤修复工艺中均有体现,严重限制了土壤修复的效率,需要引起土壤修复工作者的高度重视.      

污染场地修复药剂安全利用问题及对策

我国污染场地修复过程中常采用固化/稳定化、淋洗或化学氧化/还原等修复技术,通过改变污染物赋存形态、降低污染物浓度或消除污染物的方式控制环境风险.在这些技术应用过程中,修复药剂对土壤和地下水环境的潜在风险已经引起关注.目前我国《土壤污染防治法》明确提出:相关部门应筛选评估并公布土壤中重点控制的有毒有害物质名录、禁止在土壤中使用重金属超标的降阻产品、修复活动不得造成新的危害、加强肥料等产品的登记并组织开展安全性评价、修复方案中应包括地下水污染防治等内容.但目前还没有制定针对修复药剂安全性的相应标准或技术规范.修复药剂可能会造成土壤理化性质、土壤微生物活性及数量的改变,破坏土壤生态系统或二次污染土壤,还会迁移进入地下水,造成水质恶化并引发风险;本文阐述了污染场地修复中常用修复药剂的修复机理及存在的问题,梳理了现有修复药剂评价和管控方法,提出了基于土壤性质、微生物和地下水安全的修复药剂安全评价及管控建议,为场地修复中修复药剂安全利用及风险管控提供参考.      

MRGO-FMBO原位修复砷污染含水层

为了探究磁性氧化石墨烯负载铁锰氧化物复合材料（MRGO-FMBO）修复砷污染地下水的可行性,通过一维模拟柱和二维模拟槽实验探讨了MRGO-FMBO在含水层的迁移和分布情况,分析了材料注入浓度和注入速度对其迁移的影响,研究了MRGO-FMBO在注入模拟地下水含水层后反应带的形成及演化过程.结果表明,MRGO-FMBO在饱和多孔介质中迁移性能良好,在设定的浓度范围（1~8g/L）内,升高注入浓度能减少材料在介质中的残留百分比,增强其迁移性能.当注入速度为0.023~0.057cm/s时,存在一个速度临界值,当注入速度小于此值时,改变速度对MRGO-FMBO在含水层中的迁移性影响显著;当注入速度大于此值时,速度不再是影响迁移的主要因素.MRGO-FMBO在注入地下含水层后能够形成稳定的反应带,反应带在20d内对砷的去除效率达到70.6%,在整个反应带的发展过程中可去除7.79mg As.MRGO-FMBO在砷污染含水层原位修复中具有较好的应用前景.     

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。     

Method for rapid on-site identification of VOCs

Rapid on-site identification of volatile organic compounds (VOCs) in ambient air is an important first step in remediation efforts. This study describes modification of a commercially available, portable GC/MS system and development of an analysis protocol for rapid (<3 min) sampling and identification of VOCs typically found at contaminated sites at the low ppbv level.     

基于电子鼻土壤与地下水污染修复现场TVOC和恶臭的评估

根据上海某土壤与地下水污染修复现场情况,应用自主研发的电子鼻系统(iSA-M1)分别对未修复及修复过程中的土壤和地下水、修复场地上空及周边空气中的VOCs和恶臭类气体进行检测.结合前期研究所得TPI和OPI公式,求得各点的值,并将其用图表示.结果表明:①修复后TVOC和恶臭的浓度总体呈下降趋势;②在土壤和地下水修复过程中,VOCs和恶臭的挥发受气象要素和作业的影响,其浓度在总体下降的过程中伴随着阶段性上升现象;③结合GIS技术,电子鼻能初步用于评估土壤和地下水修复现场造成的空间污染情况及对周围居民产生的影响.但造成影响程度的具体细化分级还需要进一步研究.     

VOC removal from contaminated groundwater through membrane pervaporation. (Ⅱ): 1,1,1-trichloroethane- SDS surfactant solution system

The conventional “ pump-and-treat“ technology for subsurface remediation of groundwater contaminated with volatile organic compounds(VOCs) such as 1,1, l-trichloroethane(TCA), a common chlorinated organic solvent, has hmitation of prohibitively long treatment time due to extremely low water solubility of the VOCs. Surfactant-based soil remediation has emerged as the effective technology that substantially reduces the treatment time. In order to make the whole process economical, the surfactant used in soil washing has to be recovered and reused. This study examined the recovery of anionic surfactant, sodium dodecyl sulfate( SDS), from soil remediation fluids containing TCA, using a bench-scale membrane pervaporation unit. The effects of high TCA concentration, surfactant dosage, and flow rate on permeationflux and selectivity( a value) of the process were evaluated. In general, higher surfactant concentration yielded lower TCA flux and constantwater flux, resulting in declining a values; higher flow rate of TCA feed stream results in higher VOC flux and selectivity, an indication of the effect of concentration polarization; higher TCA feed concentration produces higher TCA permeation across the membrane, however, the seletlvity was virtually unchanged unless the total TCA concentratinn exceeded 2000 ppm.     

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.