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。

上海软黏土的非水相有机液体固结渗透仪渗透试验

在饱和黏性土的非水相有机液体(NAPL)渗透试验中,NAPL-土的相互作用易导致土样收缩而产生侧壁渗漏,影响试验结果的可靠性。采用固结渗透仪开展了上海淤泥质黏土的煤油渗透试验,研究竖向固结压力pv的大小和土样结构性对侧壁渗漏以及试验结果的影响。研究结果表明,絮凝结构的原状土样在pv为50 kPa、200 kPa下均存在侧壁渗漏,测得的渗透系数偏大,在pv=400 kPa下可得到可靠的试验结果。对于分散结构的重塑土,在pv=400 kPa下仍然存在侧壁渗漏。根据原状土样的孔径分布以及在pv=400 kPa下的渗透试验结果,讨论了上海淤泥质黏土中NAPL渗透的基本特性,对了解沿海软黏土中NAPL类污染物的迁移特征有指导价值。

基于微流控技术的重质非水相液体氧化修复机理

为揭示重非水相污染物(DNAPL)氧化修复中多相渗流−化学反应−相演变耦合过程的物理化学机理,利用新兴的微流控技术开展了高锰酸钾(KMnO_(4))氧化修复三氯乙烯(TCE)的实验.结果表明:当浓度3g/L以上的KMnO_(4)氧化TCE时,二氧化锰(MnO_(2))固相产物会在流道深度方向上产生“固体墙”,后续MnO_(4)^(−)只能缓慢渗入墙内对TCE进行氧化,此时MnO_(4)^(−)成为限制性因素并转化为Mn^(2+),而Mn^(2+)扩散出墙外后再次被氧化为MnO_(2)固相,形成一个负反馈系统并造成修复效率急剧降低.当3g/L以下的KMnO_(4)氧化TCE时,MnO_(2)固相产物附着在流道壁面上,后续MnO_(4)^(−)可以和TCE持续反应并生成MnO_(2),KMnO_(4)溶液−DNAPL界面不断后退且修复效率较高.当加入磷酸氢盐后,MnO_(2)固相产物被显著抑制从而提高了修复效率,且1~2g/L是孔隙尺度TCE修复的理想KMnO_(4)浓度.

基于竖管法的轻非水相液体毛细上升特性研究

被称为“工业血液”的轻非水相液体(LNAPL)及其衍生物在开采、生产、运输过程中所产生的污染已经成为常见的污染物,目前诸多学者对LNAPL污染进行了广泛研究,但对于LNAPL在土壤中的迁移及毛细作用研究尚不充分。本次试验的目的是通过室内模拟试验分析不同竖管直径条件下LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,为研究LNAPL对地下水污染提供一定的理论依据。结果表明:影响毛细上升高度的因素大小依次为:溶液>介质>竖管直径;竖管直径与最大毛细上升高度并不是完全成比例关系,并且对毛细上升高度的影响相对较小;水与柴油在不同介质中毛细上升高度、毛细上升速率变化趋势基本一致,但是具体数值上存在差异,柴油的最大毛细上升高度与水相比降低了40%~50%,柴油的最大毛细上升速率与水相比降低30%~50%。这些特征都能够较好地体现LNAPL在不同介质中的毛细上升规律,在认识LNAPL对地下水的污染以及污染土地修复方面具有重要意义。

轻非水相液体在地下环境中的运移特征与模拟预测研究

通过自行设计制备的二维砂箱模拟轻非水相液体 (LNAPL)在湿润多孔介质中的渗漏 ,得出LNAPL在地下环境中的入渗、迁移及分布规律 ,并利用多相流体理论对其污染机理进行分析。在实验基础上建立模型来预测渗漏的基本特征 ,即渗流带中污染锋面扩展速度和透镜体的最终形状 ,预测结果与实测结果较为接近。这种预测模型对控制和治理地下水中LNAPL污染是至关重要的。

轻非水相液体在非均质地层包气带中运移和分布特征数值分析

论文采用数值分析方法 ,对轻非水相液体在包气带非均质介质中的迁移和分布特征进行了分析研究。分析过程中 ,充分考虑了不同结构的土层特征对非水相液体运移的影响。所获得的研究成果将有助于对非水相污染物包气带的污染过程的理解 。

饱和介质中重非水相液体运移的数值模拟及敏感性分析

采用T2VOC程序对重非水相液体(DNAPLs)在饱和介质中的迁移和分布特征进行了数值模拟.以一个夹粘土透镜体的砂层介质为例,采用三相毛管压力函数Parker模型和二相毛管压力vanGenuchten函数,对比细透镜体对重非水相液体运移的影响.进而探讨分析了三相毛管压力函数模型参数的敏感性.研究结果表明毛管压力函数的不同会影响DNAPLs的运移,Parker模型较van Genuchten模型所反映出介质对DNAPLs的阻滞和滞留作用更强.进气压力对非均质介质中DNAPLs入渗分布的饱和度将有显著的影响.对Parker模型中的nαw、n以及孔隙度和饱和渗透率的敏感性分析对比发现,敏感性程度的高低顺序依次是孔隙度>n>饱和渗透率>αnw.

轻非水相液体污染过程的高密度电阻率成像法室内监测

为探讨高密度电阻率成像法监测多孔介质中轻非水相液体迁移过程的有效性。本文通过三维砂槽进行了非饱和带中轻非水相液体的污染试验,并利用高密度电阻率成像法进行了同步的动态监测.试验之后,将砂槽层层挖开,通过数码成像,获取了污染区域的实际范围与形状.结果表明,由高密度电阻率成像法圈定的污染区域在范围与形状上都与实际的结果比较接近,并可通过三维电阻率相对值的时间变化明显的看出轻非水相液体的污染过程.这说明利用高密度电阻率成像法对非饱和多孔介质中轻非水相液体的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的.

非饱和带轻非水相液体污染研究进展

通过对近年来轻非水相液体在非饱和带的污染机理、毛细压力-饱和度-相对渗透系数关系以及数学模拟的分析,总结了在三相流模拟过程中主要参数及物理过程的研究方法以及近年来研究非饱和带轻非水相液体污染的各种数学模型,论述了各种方法的优点和不足,提出需进一步研究解决滞后现象对油分布的影响;三相同时流动时气相对其他两相的影响;非等温条件下轻非水相液体进入包气带的污染迁移机理;开展原位实验研究复杂条件下的轻非水相液体污染迁移问题。

多孔介质中轻非水相液体污染物多相流体系的电阻率特性试验研究

目前,对于多孔介质中轻非水相液体(LNAPL)污染物的电阻率特性存在2种截然相反的观点,影响了LNAPL污染场地电阻率资料的解释结果。为此,通过自行设计的装置进行试验,重点探讨电阻率与砂样颗粒粒径、含水量和LNAPL饱和度等参数之间的变化关系。结果发现,在砂样被LNAPL饱和过程中,砂样的颗粒粒径和含水量对其电阻率相对值的变化有重大影响,含水量低的砂样电阻率相对值变化幅度很小,而含水量高的砂样电阻率相对值变化幅度很大,粗粒径的砂样电阻率相对值的变化明显高于细颗粒砂样。对于"水-油-气"三相体系和"水-油"二相体系,电阻率和含水量的关系曲线均可用Archie公式很好拟合。该试验结果对于提高LNAPL污染场地电阻率资料的解释结果的准确度具有重要的意义,在确定相关的参数如渗透系数、LNAPL饱和度等方面具有重要的实际应用价值。

轻非水相液体在不同粒径多孔介质中的运移与分布特性

通过二维砂槽模型模拟柴油在不同粒径多孔介质中运移与分布试验,由图像分析法获取油流锋面及其二维空间分布图,探讨其在不同粒径多孔介质中的迁移与分布特性。试验表明:轻非水相液体的入渗速度与方向受毛细水分和介质粒径的大小影响,也受介质的接触面及结构裂隙的影响;它随地下水位波动而重新分布;其在毛细区和粒径越小的介质中,残留现象越明显,污染越严重。研究它的迁移与分布规律,对于防治地下水和土壤污染有着重要的意义。

基于高密度电阻率成像法的轻非水相液体饱和度的确定

通过采用高密度电阻率成像法确定三维空间轻非水相液体的饱和度分布。首先,在三维砂槽上进行轻非水相液体的入渗试验,利用高密度电阻率成像法进行动态监测,在采集电压电流数据后,反演计算获取该三维空间电阻率的分布。然后利用Archie公式将三维空间的电阻率转换成轻非水相液体的饱和度。根据不同时间的饱和度的分布估算出不同时间轻非水相液体的入渗量,并与实测的入渗量进行了对比。结果表明,得到的轻非水相液体入渗量的估算值与实测值非常吻合,表明利用高密度电阻率成像法获取三维空间轻非水相液体饱和度的分布是可行的。

轻非水相液体在非饱和带运移特征及分布规律研究

以中砂和0号柴油为研究对象,通过室内试验建立物理模型,研究非饱和带中轻非水相液体(LNAPLs)的运移和分布特性。结果表明,受重力驱动,柴油在渗漏初期及到达毛细区上边缘以前,其运动以垂向迁移为主。受孔隙度和介质渗透性能控制,横向发育程度很小,以砂槽顶部发育程度最小,整个非饱和带最大发育宽度约40 cm;锋面到达毛细区上边缘以后,污染锋面垂向发育程度减缓,柴油基本都在毛细区内横向扩展,且横向扩展始终沿毛细区上边缘发展。水相及油相负压变化主要来自油-水之间的驱替,各陶土头对应点的毛细压力反应强烈。

轻非水相液体在地下多相渗流的K-S-P关系研究

以砂性介质为研究对象,用砂芯漏斗法测定轻非水相液(LNAPLs)在地下渗流的毛细压力与饱和度的关系曲线,并采用Parker-Lenhard模型及Brooks-Corey-Burdine模型获取油水二相的相对渗透曲线,结果表明对于相同介质,VGM模型对油相的相对渗透率估计大于BCB模型所预测,且二种不同模型所获取曲线具有不同的等渗点饱和度和等渗点相对渗透率,VGM模型所获取等渗点渗透率比BCB模型所获取的值大0.04,建议在研究砂性多孔介质中LNAPLs的迁移问题使用BCB模型获取相对渗透率。

重非水相液体性质对非离子表面活性剂增溶作用的影响

在油水比1:40的条件下,浓度为200—10000mg·l-1的非离子表面活性剂TritonX-100(TX100)对三氯乙烯(TCE)、氯苯(CB)、1,2-二氯苯(1,2-DCB)、1,3-二氯苯(1,3-DCB)、四氯乙烯(PCE)和三氯乙烯-四氯乙烯混合物(TCE-PCE,1:1,V:V)的增溶作用表明,TX100在试验浓度范围内,对TCE,CB和1,2-DCB均无明显增溶作用,当TX100浓度分别大于6000,4000和800mg·l-1时,对1,3-DCB,TCE-PCE和PCE具有显著的增溶作用.TX100在TCE,CB,1,2-DCB,1,3-DCB,TCE-PCE及PCE有机相/水相间的分配系数(lgKd)分别为3·60,3·36,3·38,3·26,3·17和2·07,分配系数和分配损失的大小与油-水界面张力呈负相关.

非水相液体污染场地源区自然消除研究进展

污染场地的健康风险和环境地质危害备受关注,自然衰减被公认是优选修复技术。对存在非水相液体的场地,源区非水相液体残余导致的“拖尾和反弹”问题对污染场地自然衰减技术提出了挑战。近年来源区自然消除技术的出现丰富深化了自然衰减修复的内涵,展现了解决“拖尾和反弹”问题的巨大潜力。本文综述了轻非水相液体(LNAPL)污染场地源区自然消除的研究历程和最新成果,研究显示:①2000年至今,自然衰减修复的相关研究逐渐从地下水污染羽衰减转向包气带源区自然消除;②包气带自然消除过程被证实是源区自然消除的关键生物过程,占LNAPL总质量损失的90%~99%;③LNAPL挥发过程中的生物降解是源区自然消除的主要研究对象。在以上研究过程中,建立的源区自然消除研究方法:①可分为LNAPL源区-羽识别、定性判断和定量估算三个部分;②包气带定量评估常用浓度梯度、二氧化碳通量(动态密闭室和静态捕集)和热力学梯度是量化评估的三类方法。综合已有的研究进展和难点,可以预见,在未来研究中,识别源区LNAPL的成分变化、明确源区自然消除的限速因子,以及开发恰当的气体脱气和气泡逃逸观测方法,是源区自然消除修复方法应用推广需解决的关键科学问题。

正己烷萃取去除模拟阴-非混合表面活性剂土壤淋洗液中的重非水相液体

研究了利用正己烷液-液萃取去除阴-非混合表面活性剂土壤淋洗液中的重非水相液体(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(CB)从不同配比的十二烷基硫酸钠(SDS)和失水山梨聚氧乙烯醇醚(Tween 80)的混合表面活性剂(3∶1,1∶1,1∶3)溶液中有效的去除,去除率分别达87.2%—96.9%,94.4%—97.0%和95.9%—98.5%,表面活性剂浓度对去除效果没有显著影响;溶剂/水的比例增大,去除率增大,实验中选择油水比为1∶10;无机盐的存在可提高阴-非混合表面活性剂的增溶效果,但对去除效果没有影响.

非水相液体传输的耦合动力学模型及数值解

基于多孔介质流体力学和溶质运移动力学原理,建立了非水相液体在地下环境系统中传输过程的多组分多相流耦合数学模型,对多相流渗流场模型和污染物传输浓度场模型分别采用了IMPES和特征有限差分方法进行数值离散,模型中充分考虑了污染物在地下环境体系中扩散、吸附解吸、界面间分配以及微生物降解等化学反应以及气相作用,并以苯在土壤中传输的浓度分布为例,验证了模型的可靠性。该数值模型较以往数值模型相比,可有效地克服在数值解过程中的弥散和振荡,对于石油工程领域中油气藏多相流数值模拟奠定基础。

多孔介质中轻非水相液体挥发过程的电阻率成像法监测

在含有细砂透镜体的三维非均质砂槽中进行了轻非水相液体(LNAPLs)的挥发实验,并应用电阻率成像法进行同步动态监测,尝试通过电阻率图像的变化反映砂槽中LNAPLs的挥发过程。结果表明,砂槽注油后电阻率明显上升,LNAPLs污染中心区域的电阻率大于边缘区域,由上往下电阻率减小,其图像近似半球形。注油结束后,污染物逐渐挥发,污染区域LNAPLs浓度不断减小,表现为电阻率逐渐降低。监测过程表明,应用电阻率成像法监测LNAPLs挥发过程是有效的。