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。

基于地球物理方法的典型DNAPLs污染场地精细化调查

采用高密度电阻率(ERT)和探地雷达(GPR)两种地球物理方法,结合膜界面探测(MIP)和钻孔采样分析手段,综合研究某典型有机污染场地地下水中DNAPLs污染分布情况。结果表明,ERT法和GPR法圈定的场地污染范围基本吻合,DNAPLs污染物主要分布在研究区东北和西南区域,污染深度分别达到4 m和9 m,视电阻率为0.3Ω·m~5Ω·m,呈带状低阻分布,MIP和钻孔采样分析结果也验证了地球物理方法的准确性。

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.

TCE/PCE的DNAPL污染及零价铁墙防治技术

介绍了一种国内环保领域鲜有提及的土壤及地下水中的重非水相液体污染即:DNAPL污染,并以三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)为例阐述了其产生来源、危害及污染行为。针对DNAPL污染,详细论述了零价铁墙防治原理、降解途径及其主要的影响因素。

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。

重非水相流体在黄土中入渗与再分布试验研究

为研究重非水相流体在非饱和土壤中的运动过程,以四氯乙烯（PCE）为例,对其在重壤土和砂壤中的入渗与再分布规律进行了试验研究。结果表明,入渗结束后其含量和饱和度随着密度的增大而减小。在相同密度下,饱和度砂壤大于重壤土;Green-Ampt公式i=ic＋b/I和Kostiakov经验公式i=Bt-n可以用来拟合PCE入渗速率、入渗量和入渗时间之间的关系,前者拟合最初入渗速率与累积入渗量关系情况较差,后者在较短或中等长度时间范围内入渗速率与时间的关系较好;随着再分布的进行,土体内PCE的饱和度降低。同一密度下,土体PCE含量砂壤大于重壤土;在入渗及入渗结束较短时间内,可以由幂函数形式描述,而随着再分布的继续进行,由对数函数拟合效果更好。

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.

饱和黏性土中重质非水相有机污染物纵向迁移数值模拟

基于COMSOL Multiphysics自动有限元软件开发了考虑两相流和对流弥散作用的重质非水相有机污染物(DNAPL)迁移分析模块。以氯苯为例,选取典型参数值,进行了均质饱和黏性土中DNAPL一维纵向迁移的数值分析。单一的对流弥散分析结果表明,在静水条件下,以分子扩散作用为主的溶解态的DNAPL的纵向迁移速度较为缓慢(每年约几厘米)。DNAPL-水两相流和对流弥散的耦合分析结果表明,对于渗透系数k达到1×10^-6cm·s^-1的饱和粉质黏土,受自重驱动的两相流所造成的自由相DNAPL的纵向迁移平均速率达到每年几十厘米;自由相DNAPL的溶解进一步导致土中溶解相DNAPL的浓度迅速增大到溶解度,直接影响了孔隙水中溶解相DNAPL的浓度。研究表明,两相流很可能是造成生产时间达几十年的旧农药厂的饱和黏性土地层深部出现DNAPL污染物的主要机理。

低渗透性介质中DNAPL污染物迁移与修复研究进展

近年来,重非水相流体(Dense Non-Aqueous Phase Liquids,DNAPL)的地下水污染问题日益严重。由于其物化性质稳定且具有界面张力低、密度大、含毒性等特点,在含水介质中易从高渗透区域渗入低渗透区域,因低渗透介质的物理捕获和吸附作用使其成为二次污染源,延长了污染羽的迁移时间,造成更大范围污染,导致修复工作愈发困难。本文首先介绍了监测DNAPL污染物的技术手段,初步认识DNAPL在地下水中的迁移转化形式;其次分析了影响DNAPL迁移的因素,重点总结了在低渗透性介质中DNAPL的迁移规律,并归纳了DNAPL迁移数值模拟技术的发展与应用;同时,探讨了四种DNAPL的修复方法,包括:电阻加热、原位氧化化学修复、生物修复、聚合物修复等。最后对低渗透性介质中DNAPL污染物迁移修复的未来进行展望。

碳酸盐岩石裂隙中DNAPL污染物迁移过程的电阻率成像

重非水相液体(DNAPL)是污染地下水环境的主要污染物之一,为研究DNAPL污染物在裂隙岩石介质中的迁移特征,本试验选用有“人”字形裂隙的碳酸盐岩石为样品,利用电阻率成像法(ERT)监测岩石裂隙介质中DNAPL迁移过程.结果表明:(1)ERT对裂隙中的液体表现出很高的敏感性,在裂隙注满NaCl溶液时,岩石中部电阻率降低到2000Ω·m,表明碳酸盐岩石样品可用于ERT对岩石裂隙中流体迁移的动态监测;(2)DNAPL会首先沿优势通道驱替水流,岩石相对电阻率随时间的动态分布与DNAPL在裂隙中的移动位置具有较好的一致性.说明ERT可以动态监测碳酸盐岩石交叉裂隙中DNAPL的迁移;(3)裂隙中有DNAPL残留并影响电阻率值降低幅度,各测点的电阻率降低幅度与DNAPL在裂隙中的位置密切相关,各测点的电阻率在DNAPL离开测点时下降最为明显.说明裂隙区域电阻率值的变化与DNAPL的迁移及分布相关.本试验证明了ERT监测碳酸盐岩中DNAPL运移的方法是有效的,但是ERT监测复杂裂隙内DNAPL分布的精度仍需进一步提高.

二维砂箱模型中DNAPL运移过程的电阻率成像法研究

本研究通过设有黏性土透镜体的二维砂槽中开展重非水相液体(DNAPL)入渗运移试验,采用电阻率成像法(ERT)探讨DNAPL在非均质多孔介质中的运移分布规律.试验过程中利用电阻率成像系统进行动态监测,采集电压电流数据后得到相应的电阻值并将其转换为视电阻率值,运用Surfer软件处理数据进而获取DNAPL运移过程的相对电阻率变化分布图像.结果表明,相对电阻率值随着污染物浓度的增加而不断增大,不同时刻相对电阻率变化分布图像与DNAPL的运移过程相对应,可以清晰圈定出DNAPL的运移路径及分布范围;DNAPL在入渗过程中受到重力作用与毛细力的控制,以垂向运移为主,在遇到黏土透镜体时出现明显横向运移,绕过透镜体继续向下入渗最后聚积在砂槽底部.本研究为进一步丰富对DNAPL污染物在实际环境条件下运移机理和分布特征的认识,制定可行的DNAPL污染物治理方案等方面具有重要的科学价值.