多孔介质中DNAPLs运移行为研究进展

重非水相有机污染物(DNAPLs)泄漏到地下后,在地下介质中与水、气相互作用,构成多相流系统,其运移和分布受多种因素控制.综述性探讨了DNAPLs物理化学性质、泄漏速率、持留特征、介质的非均质性及地下水流速对其在多孔介质中的运移和分布特征的影响.针对以往研究仅从单因素角度分析对DNAPLs运移的影响,着重探讨了地下水流速和介质非均质性双重因素的综合影响.根据现有工作的不足,指出今后需要进一步探讨的研究方向.

基于替代模型的地下水DNAPLs污染源反演识别

应用基于核极限学习机替代模型的模拟-优化理论和方法研究解决了地下水DNAPLs污染源及含水层参数的同步反演识别问题.结果表明:1)核极限学习机替代模型对模拟模型有较高的逼近精度,能够识别并模仿模拟模型的输入-输出关系,绝大部分相对误差小于5%,平均相对误差仅有2.98%;2)以替代模型代替模拟模型,大幅度地减小了模拟-优化过程的计算负荷,将反演识别时间由传统方法的83天减少到3小时,并能够保持较高的计算精度;3)应用基于模拟退火的粒子群优化算法求解优化模型,能够以较快的速度搜寻到全局最优,同时避免搜索过程陷于局部极小解.

阴-非混合表面活性剂对DNAPLs的增溶作用

表面活性剂增溶修复是一种有效的土壤有机污染修复技术。采用静态平衡法比较研究了单一的阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和非离子表面活性剂聚氧乙烯失水山梨脂肪酸酯醇醚(TW80)及其混合表面活性剂对3种氯代烃化合物氯苯(CB)、1,2-二氯苯(1,2-DCB)和三氯乙烯(TCE)的增溶作用。考察了无机盐离子Na+、Mg2+和Ca2+对增溶作用的影响,以期为土壤和地下水重非水相液体(DNAPLs)污染提供新的修复途径。结果表明,阴-非混合表面活性剂TW80-SDS对3种化合物的增溶效果明显强于单一的阴离子表面活性剂SDS,混合表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)随着非离子表面活性剂质量分数的增加而降低,其增溶能力随着非离子表面活性剂质量分数的增加而增加,对污染物的增溶程度排序为三氯乙烯>氯苯>1,2-二氯苯。表面活性剂在临界胶束浓度以上,对有机物的分配系数Kmc与有机物的辛醇-水分配系数Kow相当,而增溶比与有机物的水溶解度呈正相关,与Kow、Kmc、溶质的摩尔体积和表面活性剂的亲水-亲油平衡值HLB呈负相关。Na+、Mg2+和Ca2+能增大氯苯在表面活性剂中的表观溶解度,阴非离子表面活性剂SDS与TW80混合后能提高表面活性剂的抗硬水能力,提高增溶效率。

溶剂萃取去除模拟土壤淋洗液中DNAPLs

研究了液-液萃取去除模拟土壤淋洗液中的重非水相液体（Dense nonaqueous phase liquids，DNAPLs）的可行性及表面活性剂浓度、溶剂／水比例和无机盐等因素对去除率的影响．结果表明，利用正己烷作为溶剂可使氯苯从十二烷基硫酸钠（Sodium dodecyl sulfate，SDS）和失水山梨聚氧乙烯醇醚（Ethoxylated anhydrosorbitol esters，Tween80）溶液中有效的去除，去除率分别达91．2％～94．9％和88．1％～94．6％，表面活性剂浓度对去除效果没有显著影响；溶剂／水比例增大，去除率增大，实验中选择油水比为0．1；无机盐的存在对去除效果没有影响，但高浓度的无机盐可使阴离子表面活性剂发生沉淀，造成表面活性剂损失．

缓释型化学氧化剂在地下水DNAPLs污染修复中的应用研究进展

重质非水相有机污染物具有高密度、高毒性、低水溶性和高界面张力的特性,在自然条件下难以降解.缓释型化学氧化剂可以控制反应性化合物的释放,减少氧化剂的非选择性消耗,在地下水低渗透含水层DNAPLs(重非水相液体,dense nonaqueous-phase liquids)污染修复中有巨大的发展潜力.本文通过大量的文献调研,综述了缓释型化学氧化剂的制备方法及其在DNAPLs污染修复中的应用,梳理和总结了高锰酸盐、碱土金属过氧化物、过硫酸盐3类代表性缓释氧化剂的制备方法及其在修复低渗透含水层重非水相有机污染的应用研究现状,并对未来研究提出了建议.

地下水DNAPLs污染的研究进展

地下水有机污染特别是DNAPLs污染是当前国际上地下水污染控制的热点问题。本文综述了DNAPLs的监测技术、DNAPL在含水层的迁移及DNAPLs污染场地修复技术的研究进展。

污染地块中高密度非水相液体(DNAPLs)迁移特征及判定调查技术研究进展

该文综述了高密度非水相液体(dense non-aqueous phase liquids,DNAPLs)的主要成分、种类、形成及迁移特征。通过分析DNAPLs空间分布、相分配特征和污染地块生命周期特点,总结了DNAPLs在地下的常见迁移行为。其次,综述了针对DNAPLs污染物的最新判定调查技术及其进展,介绍了判定DNAPLs存在的方法原理和用于探测DNAPLs分布范围的最新技术手段,有助于在DNAPLs污染场地选择适宜的调查方法,并对后续准确确定DNAPLs分布范围、制定经济高效的修复技术方案提供重要依据。

地下水DNAPLs污染修复多相流模拟的替代模型

应用克里格法、支持向量回归法、核极限学习机法建立多相流模拟模型的替代模型,并应用集对分析法建立组合替代模型,通过将多种替代模型进行对比,分析不同替代模型在地下水DNAPLs污染修复多相流模拟问题中的适用性.结果表明,3种单一替代模型中,克里格模型的精度最高,其次是核极限学习机模型,最后是支持向量回归模型;应用集对分析原理建立集对权组合替代模型,与单一替代模型相比,其模拟模型的逼近精度更高,且提升效果十分显著,平均残差和平均相对误差分别为0.4009%和0.5373%;集对权组合替代模型运行一次仅需1.5s,选择组合替代模型代替多相流模拟模型进行地下水DNAPLs污染的修复方案优选分析,能够大幅减小模拟-优化过程的计算负荷,并保持较高的计算精度.

基于改进稀疏网格替代模拟的地下水DNAPLs运移不确定性分析

由于实际的水文地质条件具有复杂性和变异性,地下水DNAPLs运移数值模拟的不确定性不可避免。为解决不确定性分析中因多次调用DNAPLs运移模型导致的计算耗时问题,本次研究在传统稀疏网格(SG)替代模型的基础上,提出了一种将局部自适应(LA)和维数自适应(DA)耦合的改进替代模型DA-LA-SG。通过两个解析案例和一个PCE运移室内实验,验证了DA-LA-SG的替代效率和精度,并将其用于室内砂箱PCE运移模拟不确定性分析。研究结果表明:在替代模型构建初期,LA-SG的替代效率优于或接近于DA-SG和DA-LA-SG,随着插值节点数量的增多,DA-SG和DALA-SG的替代效率逐渐优于LA-SG,DA-LA-SG具有最高的替代效率。DA-LA-SG能够高效、高精度地建立PCE运移模型的似然函数替代模型,且被用于PCE运移模拟参数不确定性分析。结果表明:背景介质渗透率k1、拟合系数n1和透镜体渗透率k2的可识别性较强,背景介质孔隙度μ1、透镜体孔隙度μ2和拟合系数n2的识别效果较差,这些参数对饱和度观测数据不敏感。

多孔介质中DNAPLs运移及模拟研究

重非水相流体(DNAPLs)污染特性及在介质中运移分布规律研究是开展场地污染风险评估与修复治理的必要前提。本文阐述了多孔介质中DNAPLs污染特性及运移过程中三相分配与转化,总结了影响DNAPLs运移及空间分布的因素,论述了介质非均质性及水文地质条件的影响机理,综合分析了DNAPLs污染模型的应用特性。

动态梯度多相抽提运行模式研究

多相抽提技术对有机污染地下水具有显著修复效果,可以提高抽提井内真空度,促进挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)的释放,并提高污染水的抽提量,降低污染物浓度。本研究提出动态梯度多相抽提运行模式,选取上海市某工业遗留地块进行中间试验,以修复地下水环境。结果表明,经过28 d的多相抽提运行,动态梯度多相抽提区1,2-二氯苯浓度由68.5 mg/L降低至21.3 mg/L,1,4-二氯苯浓度由33.6 mg/L降低至11.4 mg/L,其污染物去除效果显著优于传统持续多相抽提模式。它可以形成以重污染区为中心的水力梯度,通过液位差带来的压力增加重污染区的重质非水相液体(Dense Non-Aqueous Phase Liquids,DNAPLs)相抽提量及总抽水量,从而促进地下水修复。

地下水低渗透区重非水相液体(DNAPL)的增渗增移技术综述

重非水相液体(DNAPL)是一种物化性质稳定且毒性较强的有机污染物,对人类健康和生态环境存在极大威胁。由于其密度较大、穿透性强,DNAPL渗入地下后易在低渗透区积聚,形成长期污染源。低渗透区流速慢、传质难的特点使得常用地下水污染修复技术难以奏效,而目前针对该问题的系统性研究尚显不足,因此亟需梳理并总结通过增渗增移DNAPL实现低渗透区污染增效修复的方法,为后续研究提供一定参考价值。本文首先通过控制方程描述了增渗增移的原理;其次综述了两种分别以表面活性剂和电动为核心的增渗增移方法:表面活性剂通过胶束增溶和降低吸附实现增渗增移,电动则通过电渗和电迁移增移DNAPL;同时介绍了实际应用中耦合其他技术的案例,总结优缺点;最后对DNAPL未来的发展方向进行了展望。

污染地块巨厚含水层典型DNAPLs运移模拟及安全利用深度评估

江苏省南部地区历史遗留化工污染地块同时存在巨厚含水层(厚度>30 m)和DNAPL类污染物,故导致再开发利用时调查和治理深度难以确定。利用UTChem模型构建地块二维地下水DNAPLs迁移模型,对巨厚含水层底板上典型DNAPLs(氯仿、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯)随时间推移的迁移扩散情况进行了模拟,并对影响其扩散范围的因素进行了探讨,基于模拟研究结果对此类地块安全利用深度进行了分析。模拟研究表明,不存在抽水井的情况下,经过70 a,含水层底板上4种典型DNAPLs(氯仿、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯)污染羽迁移范围有限,其自底板垂直向上最大迁移距离分别为16.70、16.90、15.20、7.90 m,向下游迁移距离分别为332.12、337.77、322.10、243.40 m。在存在抽水井的情况下,抽水井会显著影响DNAPLs污染羽的迁移范围。影响DNAPLs污染物迁移扩散范围的主要因素为污染物溶解度、密度、黏度、弥散度及渗透系数。本研究结果可为典型化工类型退役地块的风险管控和安全利用提供参考。

水动力和介质非均质性影响下DNAPLs运移数值模拟

选定氯苯为典型DNAPL建立理想的地表污染泄漏多相流运移模型,利用TOUGH系列软件TMVOC模块进行数值模拟,探讨地下水动力、介质非均质性及两种因素协同作用时对DNAPLs运移和分布的影响。研究结果表明:(1)水力梯度增大了DNAPL水平和垂向运移速率;当水平向水力梯度过大时,反而导致垂向速率减小。(2)透镜体主要发挥阻滞作用,绕过透镜体后,下游侧污染指入渗深度明显大于上游侧;水力梯度的存在进一步增强介质非均质性的影响,产生更多集聚和绕流,形成不规则的污染指和污染池交替组合形态。

典型有机化工污染地块DNAPL分布特征及健康风险评价

针对某典型有机化工污染地块土壤中6种DNAPL污染物的污染程度进行调查,研究DNAPL在土壤中的迁移转化及空间分布特征,采用健康风险评估模型结合克里金插值法分析了土壤中DNAPL污染物的健康风险。结果表明:土壤中主要污染物为1,2-二氯苯、1,4-二氯苯和氯苯,空间变异性强,离散程度高,表明受人为活动影响较大。DNAPL污染物垂直迁移性强,最大污染深度达15 m,浓度随深度增加呈先升高后降低的趋势,污染物主要集中在地块中部的生产车间和东部的废水处理站。健康风险评价结果表明,部分DNAPL污染物对潜在暴露人群的致癌和非致癌风险超过可接受范围,致癌风险整体上随土壤深度的增加而降低,非致癌风险随土壤深度的增加呈现先降低后升高的趋势。

复杂水文地质条件下某非正规垃圾填埋场污染迁移特征研究

非正规垃圾填埋场由于缺少防渗措施,渗滤液易下渗至土壤和地下水环境中,造成土壤和地下水污染。该文以某非正规垃圾填埋场为例,研究裂隙、断层发育区填埋场污染迁移特征。结果表明,裂隙介质为污染物迁移提供了优势通道,形成优先流,尤其以DNAPL类污染物为主,该类物质不易在土壤环境中累积,但易迁移至地下水饱和带中,并沿裂隙发育方向迁移扩散,需重点关注并及时治理修复。

非均质裂隙介质中重非水相流体运移

由于裂隙介质具有强烈非均质性,使得重非水相流体(DNAPLs)在裂隙介质中的运移行为较孔隙介质更为复杂。基于指示模拟算法模拟裂隙介质的二元变量(粗糙面接触和裂隙开口),综合模拟退火算法构建裂隙渗透率随机场。采用T2VOC模拟DNAPLs在裂隙介质的运移,探讨粗糙面接触的相关长度、各向异性比、倾角以及非均质性程度对DNAPLs运移分布的影响。数值分析结果表明,粗糙面接触的相关性越差,DNAPLs污染范围越大;粗糙面接触的各向异性比和倾角增大,将导致更多DNAPLs残留;而相关长度和各向异性比增大以及倾角减小,都会引起DNAPLs锋面运移速率增大;随着渗透率非均质性增强,会导致局部粗糙面接触上蓄积的DNAPLs饱和度增大,运移速率减小。

可控缓释技术在地下水原位修复中的应用研究进展

当前地下水有机污染日趋严重,传统的原位修复技术存在反向扩散、修复效率低等缺陷,难以达到预期效果.可控缓释技术可延长反应活性组分的释放速率和释放时间,在地下水有机修复中受到了广泛关注.本文通过大量的文献调研,梳理和总结了可控缓释材料的制备及其应用研究现状,并对其今后的发展方向做出展望,以期为实际的地下水修复工程应用研究提供参考.

太湖冲湖积平原土壤和地下水中氯乙烯类污染特征及治理建议——以某地块为例

氯乙烯类在制造溶剂、聚合物和共聚物、塑料等化工生产中有着广泛的应用,但是当泄露后,由于重力和地下水流的作用,氯乙烯类易在低渗透层中聚集,形成持久的DNAPL污染羽流,对土壤和地下水造成长期污染。近年来,太湖冲湖积平原区逐渐进入后工业化时代,推动对遗留化工地块的土壤污染状况调查,发现化工地块中十几米深度的微承压含水层已经受到氯乙烯类化学品污染,潜水层和微承压含水层之间夹杂的厚层粉质黏土难以起到完全的阻隔作用。本文以太湖冲湖积平原某氯乙烯类污染地块为例,分析氯乙烯类污染DNAPL污染羽流分布特征,评估污染风险,提出污染修复方案,为太湖冲湖积平原土壤和地下水中氯乙烯类污染治理提出相关建议。

结合蒸汽和空气注入修复多孔介质中DNAPL污染物的多目标多相流模拟优化

基于数值方法模拟对比分析仅注入蒸汽与同时注入蒸汽和空气两种情形下原位曝气方法修复多孔介质中DNAPL污染物(以TCE为例)的修复过程。结果显示蒸汽的注入速率和焓值对蒸汽锋面在含水层中的运移速率影响显著;同时注入蒸汽和空气能够有效抑制只注入蒸汽时出现的DNAPL再冷凝现象,从而提高修复效率。基于模拟-优化方法对同时注入蒸汽和空气修复的理想范例建立了多目标多相流优化模型,采用一种自适应通用多目标优化算法AMALGAM求解Pareto锋面。优化结果表明基于混合优化框架的AMALGAM优化算法能有效综合利用多种独立进化算法的优点,自适应地根据独立进化算法的优劣生成子代,保证子代种群最优,收敛速度较NSGA算法更快。