某危险废物填埋场地下水污染预测及控制模拟

以某危险废物填埋场为研究对象,在收集其水文地质资料基础上,运用Visual Modflow建立填埋场地下水水流和溶质运移耦合模型,对填埋场防渗层发生渗漏后,渗滤液中Cr6+在地下水中的运移过程以及地面硬化、防渗墙和排水沟3种污染控制措施对污染羽阻隔效果进行模拟预测.结果表明,Cr6+随地下水流方向运移形成污染羽,10 a后污染羽到达水塘边界,运移距离约为1 450 m,但随后10～20 a之间污染羽扩散范围没有明显扩大;地表硬化后,20 a内污染羽未扩散至水塘边界;防渗墙设置到上层含水层底部时,监测井Cr6+浓度高于未设置防渗墙时浓度,设置到下层含水层底部时,Cr6+浓度与设置于上层含水层时监测结果相反;排水沟日排水量达到2 642 m3时能有效控制污染羽扩散,20 a后污染羽尚未污染监测井;地表硬化与排水沟组合控制污染物扩散,效果最佳,同时排水沟日排水量可减少为1 878 m3.因此,当填埋场发生渗漏时,建议采用设置排水沟与周边地表硬化组合的地下水污染控制措施.     

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.      

不同环境因子对黑土胶体在饱和多孔介质中运移特性的影响

为评价不同环境条件下黑土胶体在地下水多孔介质中的运移,采用离心法对采自于黑龙江海伦黑土样品中的胶体颗粒进行提取. 通过胶体在石英砂填充柱中的淋溶试验研究了pH、离子强度和溶解性有机质等环境因子对胶体在多孔介质中运移特性的影响. 结果表明:当pH在4～9的范围内变化时,MR(回收率)和k(沉积速率系数)没有发生显著变化,即其对胶体运移能力影响不显著. 随着离子强度从0.001 mmol/L升至1 mmol/L,黑土胶体穿透曲线MR降低,k值升高,说明高无机离子强度使胶体易于沉积在石英砂表面,运移能力降低. 当溶液中含有溶解性有机质HA(胡敏酸)和FA(富里酸)时,MR降低,k值增加,表明胶体运移能力受到抑制,并且FA对胶体颗粒运移的抑制作用比HA强. 溶液离子强度、HA和FA含量对黑土胶体在饱和多孔介质中的运移过程影响较大,是影响地下水中胶体运移过程的关键环境因子.      

农田土壤中硝态氮垂直运移参数的确定

利用溶质运移模型预测预报农田土壤中硝态氮垂直运移时,运移参数不易获得的问题,引入CXTFIT分析模型来求农田土壤中硝态氮垂直运移的参数。结果表明:用CXTFIT模型模拟的硝态氮穿透曲线与实测的硝态氮穿透曲线基本吻合,模型的模拟值与实测值相比,误差范围在3％以下,相关系数达到0.9以上;在模拟过程中可同时得到销态氮垂直运移的弥散系数和平均孔隙水流速(average pore-water velocity)等参数。因此该模型可以直接用来确定农田土壤中硝态氮垂直运移的参数。     

pH和络合剂对五价锑在水钠锰矿和水铁矿表面吸附行为的影响

研究了pH和络合剂对Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面吸附性能的影响.结果表明,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)有良好的去除效果,初始pH显著影响水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除效率.随着初始pH值的降低,水钠锰矿和水铁矿对Sb(Ⅴ)的去除率显著增加.在初始pH 5.0时,Sb(Ⅴ)的去除率、吸附速率和吸附量要优于pH 7.0和9.0.Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附行为符合准二级动力学模型.在初始pH 5.0时,Langmuir模型可以较好地描述Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附过程.柠檬酸和乙二胺四乙酸(EDTA)两种络合剂显著抑制了Sb(Ⅴ)在水钠锰矿和水铁矿表面的吸附效果.     

缺氧条件下土壤砷的形态转化与环境行为研究

采集张士污灌区0～100 cm深的土壤并在实验室里负载低浓度的砷,采用不加硫和加硫对比研究了厌氧条件下土著微生物对土壤中砷的形态转化、环境行为影响及其机制.结果表明,在不外加硫酸盐条件下厌氧培养8 d后,微生物还原作用造成砷的大量还原和释放,释放的砷70%以上是以As(Ⅲ)形式存在,尤其20～40 cm深度土壤砷的释放量明显高于其它层土壤,As(Ⅲ)和As(T)分别达到892.8μg.L-1和1 240.6μg.L-1.与非生物对照相比每层土中盐酸可提取的砷总量都大大降低,且盐酸提取的As(T)几乎全部转化为As(Ⅲ).伴随砷的释放,铁发生还原和释放,溶解态的亚铁基本都在40 mg.L-1以上,不同土层固相中亚铁离子的量都在9.0～13.4 g.kg-1范围内,固相盐酸可提取态总铁中亚铁离子所占的比例基本都在50%以上,说明微生物还原作用造成固相中铁氧化物发生还原性溶解和矿物结构转化.当体系中添加10 mmol.L-1的硫酸盐时,每层土的生物培养体系中铁的释放几乎完全被抑制,砷和铁浓度也减少了50%.与不加硫生物培养体系相比,固相中盐酸可提取的砷量减少了50%,一部分砷被转化为稳定的硫化物As2S3而固定.可见在硫酸盐不足条件下微生物还原作用可造成砷被还原、活化和释放,而补充土壤中硫酸盐的量可促使微生物还原/活化的砷转化成更加稳定的形态,稳定的硫化物矿物As2S3是土壤微生物固定砷的重要途径.     

基于农户行为的土地利用人工社会模型的构造与应用

为探讨人工社会在土地利用变化研究领域中的应用,研究创建了一个模拟土地利用变化过程的人工社会模型(LUC-ASM)。该模型以农户和农民为两类主体(agents),模拟分析不同社会经济条件和政策影响下,两类主体对自己承包土地利用方式的微观决策所可能产生的宏观效应及其时空变化特征。以鄱阳湖区一个现实村落为主要研究对象,以农户从事各类生产活动的行为特征为准则,利用LUC-ASM模型模拟未来30年内该村落土地利用变化过程。结果表明,未来这一地区土地利用的变化与人口增长结构调整方式、国家土地利用与环保政策、社会经济发展态势等因素密切相关;在城市化的影响下,该地区的农业劳动力将会出现短缺,农村土地有可能被撂荒,需要及早采用政策措施予以避免。总体而言,LUC-ASM模型能够形象地反映土地利用变化过程的微观驱动机理及各种社会经济与环境因素影响的宏观效应,有助于深化我们对人与自然环境相互作用的认识。     

重金属在灰尘及其水溶解相中的分布特征及其影响因素——以南昌市为例

以南昌市为例,分析了不同功能区和公交车站降尘及其水溶解相中重金属浓度的空间分布特征.同时结合多种分析技术,探究降尘及其水溶解相理化性质对降尘重金属在固-液相中分配行为的影响.结果表明:南昌市降尘及其水溶解相中总重金属浓度范围分别为310~4393μg/g和2.17~55.62μg/g.两相中重金属的空间分布可能受到车流量较大的交通干线和汽车轮胎零件磨损的影响,其高值区主要分布于南昌县政府、部分高校以及客运站、驾校附近.风险评价的结果表明,南昌市降尘重金属综合生态风险总体处于中等水平,且Cr和As具有一定的致癌风险.溶解态中重金属所占百分比(K值)的排序为:Ni>Mn>Cu>As>Cr>Zn>Pb,K值的空间分布高值区多分布于人口密集地区、交通道路以及汽车客运站附近.大部分降尘及其水溶解相的理化性质与Pb、As、Mn具有显著正相关关系,降尘溶解相中较高的溶解性有机碳和腐殖化程度对重金属向溶解相中的释放具有重要作用.     

Effects of metal cations on sorption-desorption of p-nitrophenol onto wheat ash

The mutual e ects of metal cations (Cu2+, Pb2+, Zn2+, and Cd2+) and p-nitrophenol (NP) on their adsorption desorption behavior onto wheat ash were studied. Results suggested that Cu2+, Pb2+, and Zn2+ diminished the adsorption and increased the desorption of NP remarkably, while Cd2+ had no such e ect. In contrast, NP diminished the adsorption of Cu2+, Pb2+, and Zn2+ onto ash, however, this suppression e ect depended on the initial concentrations of metal cations. NP had no e ect on Cd2+ adsorption on ash. Fourier transform infrared (FT-IR) and X-ray absorption spectroscopic (XAS) studies suggested the following mechanisms responsible for the metal suppression e ect on NP adsorption: (1) large hydrated Cu2+, Pb2+, and Zn2+ shells occupied the surface of ash and prevent nonspecific adsorption of NP onto ash surface; (2) Cu2+, Pb2+, and Zn2+ may block the micropores of ash, resulting in decreased adsorption of NP; (3) complexation of Cu2+, Pb2+, and Zn2+ was likely via carboxyl, hydroxylic and phenolic groups of wheat ash and these same groups may also react with NP during adsorption. As a “soft acid”, Cd2+ is less e cient in the complexation of oxygencontaining acid groups than Cu2+, Pb2+, and Zn2+. Thus, Cd2+ had no e ect on the adsorption of NP on wheat ash.