地下水污染修复技术及其国内工程应用进展

地下水污染具有长期性、隐蔽性、难恢复性等特点,开展地下水污染场地的修复工作是一项巨大的挑战。对此,国内外研究团队提出了多种修复技术,但如何选择适用于我国地下水污染场地的技术或技术组合,对我国地下水污染治理具有重要意义。本文对常用修复技术在我国的工程应用情况进行调查整合,并从技术原理、场地水文地质条件的适用范围及工程应用效果等方面对其进行具体探讨,综述了地下水污染场地修复技术筛选常用方法,希望为我国地下水污染场地修复提供些许参考。

长春市典型流域地下水离子分布特征及来源

长春市内存在多个流域,随着城市化进程的不断加快,长春市地下水面临着资源紧缺及污染严重等问题,对此本文以长春市典型流域为研究区,分析研究区浅层地下水化学与水质的时空分布特征,得出结论:(1)2014年,研究区主要体现为SO_(4)·HCO_(3)-Ca·Mg型水和HCO_(3)·Cl-Ca·Mg型水;2022年,地下水类型为低矿化度的HCO_(3)·SO_(4)-Ca·Mg型水。(2)区内水化学组成主要受岩石风化作用与蒸发结晶作用控制。

基于抽注水的水动力循环井不同抽注流量对地下水流场的影响

地下水循环井是修复地下水污染的常用技术,其修复效果主要取决于地下水流场的特点。目前,针对地下水循环井作用下地下水流向、流速、水力影响半径的刻画尚不明确,限制了其工艺的设计和运行。结合空间水头实时监测、可视化染色试验、软件数值模拟等手段,全面分析了抽水-注水驱动的水动力循环井地下水流场特点。结果表明:水动力循环井的水力影响半径均为抽注管段间距3倍以上且随抽注流量的增加而增大;在保证最大抽注流量不变的条件下,水动力循环井注入流量大于抽出流量时的水力影响半径显著大于注入流量小于抽出流量时的水力影响半径;当抽注流量相等时,水动力循环井的水力影响区域形状呈椭圆形,当抽注流量不等时呈心形,且在抽出流量大于和小于注入流量时分别呈正心形和倒心形;以水动力循环井水平中线为轴,当抽注流量相等时,上下区域内水平流速与垂直流速的比值基本相同,当注入流量大于和小于抽出流量时,上部区域水平流速与垂直流速的比值分别大于和小于下部区域。该研究结果可为水动力循环井技术的应用提供理论指导,为水动力循环井抽注流量选择、井位及修复范围的确定提供理论依据。

石油污染地下水有机污染组分特征及其环境指示效应

通过采集我国北方某污染场地地下水样品,用GC-MS扫描分析石油烃成分及含量,研究油田开采情况下石油烃污染物在地下水中的分布变化及其对环境的指示作用.结果表明,地下水中总石油烃(TPH)均值为4.75mg/L;组分包括烷烃、芳香烃、酯类、醛类以及醇类等有机化合物,烷烃类含量最高,占总油百分含量平均值为65.6%;沿着地下水流向烷烃和芳香烃所占百分含量减少,分别从70.05%和14.56%下降至57.72%和10.58%,而非烃类逐渐富集,其百分含量从15.39%增加至31.72%.由样品色谱参数可知:场地Pr/Ph值在0.73-1.27之间,表明地下水处于缺氧的还原环境;Pr/C17值在0.42-1.51之间;Ph/C18值在0.61-1.30之间,指示出较强的微生物作用;细菌数与非烃类含量、Pr/C17以及Ph/C18之间呈现出正线性相关性,Pr/C17和Ph/C18值越大微生物作用越强.不同季节对石油烃浓度变化也有一定影响.

吉林西部地区高砷地下水砷的阈值分析及风险评价

高砷地下水导致的砷中毒是吉林西部地区近年来新发现的地方病。为评价饮用水中砷对人体健康产生的潜在危害,在野外调查、采样分析的基础上,开展了水砷安全阈值分析,确定了砷的总质量浓度0.05mg/L为研究区的水砷安全阈值,建立了地下水健康风险评价模型,进行了地下水砷健康风险评价。结果表明:研究区地下水砷引起的个人年均风险度最高达2.11×10-3 a-1,其中高砷的第四系承压水中97.06%的采样点水砷对人体的个人年均致癌风险度,大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受值5.0×10-5 a-1;作为备用水源的第三系大安组、泰康组承压水69.57%采样点砷的致癌风险度也超过最大可接受风险水平。通过对风险度评价结果与砷中毒病情等资料的对比分析,风险评价结果与砷中毒病情基本一致,验证了评价结果的合理性。

基于GIS的吉林省地下水水质模糊评价

研究利用GIS空间分析与地统计分析工具,采用模糊综合评价方进行地下水水质评价。以吉林省为研究区域,选取10项具有代表性的水质指标进行评价。利用GIS生成吉林省矢量网格地图,由克里格插值估算出研究区域内的评价指标值,得到以网格为单位的各单项指标的预测分布图。根据模糊综合评价模型,评价吉林省地下水水质状况,并绘制吉林省地下水水质类别图。结果表明:区域内Ⅲ类水分布最为广泛,其次为Ⅴ类水;东部、南部城市延边、白山、通化、辽源等水质状况良好,达到Ⅲ类以上,其中白山及延边部分地区地下水类别达到Ⅱ类;白城、松原、长春及吉林市的部分地区地下水环境质量状况较差,属于Ⅴ类水质,其原因在于氟化物与氨氮污染较重。

胶体在地下水中的环境行为特征及其研究方法探讨

在收集查阅国内外已有研究资料的基础上,对地下水中胶体稳定性、迁移机制以及模拟预测方法进行了详细归纳和总结。研究表明,胶体稳定性主要受自身理化性质和水文地球化学条件的影响,其受控于胶体粒径、形态、电势电位以及地下水的pH、离子强度等条件。胶体在多孔介质中的迁移机制主要表现为胶体沉积和形变阻塞,其中针对胶体稳定性的差异性,胶体沉积过程分别表现为表面封阻和过滤熟化。目前有关胶体在地下水中迁移的模拟技术已发展得日益成熟,但结合多孔介质非均质性和胶体化学性质非均质性的数学模型还需进一步探讨。

基于随机理论的地下水环境风险评价

针对确定性模型难以描述含水层非均质空间分布的问题,提出基于随机理论的地下水环境风险评价方法。以矩形场地地下水污染风险评价为例,采用蒙特卡罗法生成大量渗透系数随机场,模拟含水层参数各种可能的非均质空间分布,在此基础上建立场地地下水流模型与溶质运移模型,分别计算污染物在地下水中的迁移转化情况。统计大量随机模拟中污染事故发生的频率,当模拟次数足够多时,污染频率收敛于污染概率,污染风险即通过污染概率体现出来。该方法将模型参数设为满足一定分布特征的随机变量,避免了确定性方法得出的武断的评价结果,可为工厂的选址、水源地的选址等工作提供科学指导。

基于时间序列分析改进法的地下水位动态预报——以吉林省桦甸市为例

采用逐步回归法替代传统时间序列分析模型中的多项式拟合法和自回归法,仅选用对因变量影响较大的自变量建立方程,提高了模型的精度。依据桦甸市26130018号观测井2000—2008年逐月的地下水位埋深资料,分别利用传统的、改进的时间序列分析法建立模型,以2009—2010年的观测数据进行精度检验,选择较优的改进模型预测了2011—2013年逐月的地下水位。结果表明:2个模型均满足精度要求,但经过改进后,随机方程和趋势方程的相关系数分别由0.830 7和0.803 9增至0.913 5和0.970 9,拟合结果明显提高。

吉林市城区地下水污染时空演化

通过提出投影寻踪地下水污染指数模型，求得吉林市城区1980～2009年地下水监测井的污染指数．同时考虑第二松花江两岸地下水污染的非连续性，用修正的局部多项式插值方法对各年污染指数进行分区插值，得到各年地下水污染指数分布图．结果表明，吉林市城区地下水受到不同程度的污染，地下水污染指数普遍偏高，江北片区污染最为严重．全区在时间演化上具有“轻一重一轻”的阶段特征，地F水污染时空演化规律与人类活动方式紧密联系．吉林市城区地下水主要污染因子为“三氮”，其中N02对地下水污染的影响最大，对地下水污染指数的贡献度多年保持在0．7上下．

不同时间尺度吉林市地下水位混沌特性与空间分布

0-1测试方法是一种可直接作用于时间序列的二元混沌识别方法,该方法不需要相空间重构,是通过量化指标Kc是否接近于0或1来识别时间序列的混沌特性。通过对Chebyshev映射进行混沌检验,验证了其有效性。运用该方法对吉林市83眼监测井2001—2010年不同时间尺度(5、10、15和30 d)地下水埋深监测序列进行了混沌识别,并进行了混沌程度比较和空间分布研究。结果表明:吉林市不同时间尺度地下水埋深序列均表现出混沌特性。同时,均方位移随时间的渐进增长率K的空间插值结果具有明显的分区特征,即吉林市北部和南部为高值区,城区为相对低值区,并且随着时间尺度的增大,城区K值的相对低值区范围增大。研究表明,0-1混沌测试方法简单有效,并且具有反映数据序列混沌程度的特性。

不同建议分布MCMC算法在地下水污染源反演识别中的对比研究

为了探究正态分布、均匀分布和随机游走三种不同建议分布的MCMC算法对地下水污染源反演识别结果的影响,并遴选出最优的建议分布.本文根据假想案例建立了污染质运移模拟模型及基于Kriging方法的替代模型,并建立了基于正态分布、均匀分布和随机游走三种建议分布的MCMC算法以反演识别地下水污染源的释放历史.结果表明,针对本文算例,以均匀分布为建议分布的MCMC算法具有反演精度高、稳定性好、收敛速度快等优点,最为适合作为本研究案例的建议分布进行地下水污染源反演识别研究.

地下水曝气技术气流模拟实验研究

利用三维模拟槽研究了地下水曝气技术（AS）使用过程中,含水层介质粒径、曝气压力与影响半径（ROI）、气体流量、气流流型之间的关系.结果表明：曝气过程中ROI随曝气压力的上升而增大;气流质量流量随曝气压力的增加而增大,压力较大时二者呈线性关系;气流流型由介质粒径决定,与曝气压力无关.介质粒径为1～2mm时气流呈倒圆锥形,介质粒径为4～8mm时气流呈抛物线形.

利用Tween80溶液冲洗修复萘污染地下水模拟实验

采用Tween80溶液冲洗修复萘污染地下水,分析了Tween80溶液质量浓度和冲洗流速对修复效果的影响,并考察了Tween80溶液对萘的增溶效果及对萘在介质上吸附特性的影响。结果表明:萘和Tween80在中砂介质上的吸附分别符合线性吸附和F型吸附;Tween80增溶萘效果较好,10.0g/LTween80溶液中,萘的表观溶解度达到500mg/L,约为水相饱和溶解度的17倍;确定Tween80洗脱萘的临界解吸质量浓度为2.0g/L;不同质量浓度、不同冲洗流速修复萘污染地下水实验结果表明,10.0g/LTween80溶液、3.0mL/min流速为最佳冲洗修复参数,萘的去除率达到90%以上。

人工回灌对地下水水质影响的室内模拟实验

人工回灌过程中的水岩相互作用机制较为复杂,目前有关评价人工回灌过程对地下水化学场影响范围和影响程度的研究还十分缺乏。以上海市某人工回灌试验场为例,采用室内模拟实验手段,对人工回灌过程中地下水主要溶质组分的变化趋势及其相关水岩反应进行分析。实验结果表明:回灌过程中,地下水的主要离子成分主要受混合作用、阳离子交换吸附作用及含水层矿物相(方解石、白云石、钾长石)溶解作用的影响;受回灌过程中地下厌氧环境向好氧环境发展的影响,含水介质中的As、Cr、Fe等元素存在溶出趋势,回灌后As-Fe元素的变化量表现出较好的相关性;随着回灌时间的增加,地下水水质的影响范围逐渐扩大,其水化学类型由初始的Cl-HCO3-Na型逐步向Cl-HCO3-Na-Ca型转变。

地下水和土壤环境中雌激素运移和归宿的研究进展

环境内分泌干扰物已成为引起全球关注的环境问题;地下水和包气带土壤中雌激素的富集、运移和归宿关系到人类和生态健康。本文通过对环境雌激素的性质、分类、检测方法等方面进行综述,揭示其对生物体乃至环境的多种危害和风险,针对地下水和土壤环境特征分析其迁移转化过程、理解其控制和治理技术方法,进而为降低雌激素的生态和环境风险提供指导。通过论述研究环境雌激素的重要意义,提出对雌激素对地下水系统污染防控可能研究领域进行系统展望。

灌区退水对区域地下水质影响与健康风险评估

为探究灌区退水对区域地下水水质及健康风险状况的影响,选取吉林西部地区2012~2014年、2019~2020年2个时段的不同层位地下水监测数据,采用随机森林方法进行地下水水质评价,分析灌区影响下地下水水质的时空变化规律,综合考虑研究区原生环境背景和灌区影响,集成地下水多个超标元素健康风险评估,系统对比分析叠加的双重风险时空变化及影响因素.结果表明:灌区及其周边区域地下水化学类型主要为HCO_(3)^(-)-Na^(+)-Ca^(2+)型的弱碱性水,2个时段均未发生明显变化;地下水超标组分为F、Fe、Mn及“三氮”化合物,灌区排水加剧了周边潜水“三氮”含量的变化;潜水中Ⅳ~Ⅳ类水增加了17%,健康风险超过安全阈值的监测点增加了12%;地下水健康风险由灌区退水中NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)、NH_(4)^(+)与原生环境中F、Mn等造成的健康风险叠加产生;潜水中健康风险以灌区退水中NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)、NH_(4)^(+)为主控因素;承压水对灌区退水扰动响应不敏感.

吉林市平原区地下水水质评价及成因分析

为进行吉林市平原区水质评价和水质成因分析,从该市平原区34个水质监测井的监测数据中选取铁、锰、氨氮等8项指标,运用BP神经网络法进行评价,并将评价结果与《地下水质量标准GBT14848-93》中的加附注评分法进行对比分析。评价结果基本一致,表明BP神经网络方法的评价结果可信,能够对地下水水质进行综合评价。该评价方法不需要确定权值,避免了赋予权值时主观误差的产生。所绘制的吉林市平原区地下水水质分区图表明,平原区地下水Ⅳ、Ⅴ级别水质区占较大面积,而Ⅱ、Ⅲ级别水质区分布较少。公因子空间分布图表明,平原区地下水水质的主要人为影响因素是化工企业的工业废水、烟尘等的不当排放,排污管道的渗漏,工业废弃物和生活垃圾的堆放以及农业中化肥农药的过量使用等。

吉林市城区地下水化学时空变化特征分析

根据吉林市城区多年地下水监测点的水质数据,采用数学统计法,离子比例系数法以及Piper图解法,对该地区地下水化学特征进行时间、空间分析。结果表明,研究区的水化学类型沿地下水流方向从Cl·HCO3-Ca·Na·Mg、SO4·HCO3-Ca·Mg型水向HCO3·Cl-Ca·Na型水变化,较为明显的是研究区TDS值呈现由东南向西北方向逐渐增大趋势,符合当地的水文地质条件。研究区溶滤作用、蒸发浓缩作用以及离子交换作用是该区水化学类型形成的主要因素,高矿化度地区主要分布在吉林市的江北一带,其原因与人类开采地下水以及工业污染有关。

岷江流域含石膏地层地下水水化学差异性研究

位于岷江流域的成都平原及其南部的牧马山台地区域的白垩纪地层广泛发育石膏。石膏的溶蚀可显著影响地下水质,明确该类型区域地下水水化学特征空间分布并揭示其空间差异性原因,对地下水开发利用具有重要意义。以牧马山台地中部区域天府国际生物城区域为例,通过野外实地调查、采样数据的主成分分析和聚类分析、水化学演化过程数值模拟,对地下水质的现状和水质形成原因进行了系统研究。结果表明:该区地下水在水平分布和垂向分布上都存在着显著的差异性,引起水质在空间上差异的原因具有多因性。垂向上:浅层地下水受碳酸盐溶解/沉淀作用控制,地下水类型以HCO3-Ca(Ca·Mg)型为主,矿化度多小于0.5 g/L;深层地下水受地层中石膏空间分布的影响显著。在无石膏分布区,地下水以HCO3-Ca(Ca·Mg)类型的低矿化度水(TDS<0.5 g/L)为主;有石膏分布区,形成SO4-Ca(Ca·Na)型高矿化度水(TDS可达2.5 g/L以上)。平面上:浅层地下水水化学特征受地形地势、人为污染、局部区域石膏层埋深变浅等因素影响,但总体上水质较好,可作为当地居民的生活饮用水;深层地下水主要受地层石膏埋藏深度变化的影响,地下水水化学类型和矿化度的空间差异较大。通过水文地球化学模拟定量分析了地下水平面和垂向上的差异,所得结果与实际情况基本吻合。研究成果可为岷江流域含石膏地层区地下水水化学特征分析提供科学依据。