生物曝气技术对石油类污染地下水的修复效果及去除机制

针对东北某石油污染场地水文地质条件进行模拟,按照试验场地地层现状进行实验室缩放,研究微生物在含水层介质为砾砂、粗砂和中砂中的迁移速度以及含水层介质吸附的微生物量。选取苯和二甲苯作为目标石油污染物,研究生物曝气技术对被污染地下水的修复效果及其去除污染物的机制。实验结果表明:微生物在介质中的迁移速度从大到小为砾砂、粗砂、中砂;介质吸附微生物量的顺序从大到小为中砂、粗砂、砾砂;生物曝气4个月后,苯和二甲苯去除率分别为86.4%和81.7%,BS对中砂层中的苯和二甲苯去除效果好于砾砂层和粗砂层,苯的去除效果好于二甲苯。由挥发机制去除的污染物为46.24%,生物降解去除的污染物为36.98%,BS技术可以有效去除地下水中石油类污染物。     

基于多相流数值模拟的某石油污染场地地下水中VOCs自然衰减过程识别及能力评估

监测自然衰减(monitoring natural attenuation,MNA)技术是目前普遍认可的去除地下水中挥发性有机污染物(volatile organic compounds,VOCs)的技术。但受其修复周期长、监测费用昂贵等因素的影响,实地开展MNA技术修复污染场地具有一定的局限性。基于此,本研究运用多相流数值模拟手段识别了某石油污染场地内典型VOCs污染物(苯、甲苯、萘)在地下水中的自然衰减过程并评估了其自然衰减能力。结果表明:采用TMVOC所建立的多相流数值模拟模型能较好地预测和识别VOCs在地下水中的衰减规律;在研究区中,苯、甲苯和萘由于理化性质差异,在地下水中的污染羽分布特征不同,其自然衰减过程受挥发、吸附和生物降解作用的影响程度也不同;挥发和生物降解作用对VOCs自然衰减的影响程度均为苯>甲苯>萘,而吸附作用对VOCs自然衰减的影响程度为萘>甲苯>苯;在污染源被阻断的前提下,苯、甲苯和萘分别在泄漏发生7.0、6.5和6.0年后通过自然衰减达到理想去除效果。本文研究成果可以为水文地质条件类似的VOCs污染场地MNA修复方案的制定和修复效果评估提供理论支撑。     

汽油污染含水层中芳香烃的自然去除与生物降解特征

石油烃污染地下水是一个普遍而严重的环境问题.用砂卵石、中粗砂、细砂、粉砂和粘土等在实验室内按照自然界沉积物层序制作了一个含水层物理模型,具有给水、排水、监测、抽提、淋滤与注入等功能.利用该模型开展石油烃污染地下水的特征研究结果表明,苯、甲苯、乙苯和二甲苯(benzene,toluene,ethylbenzene,xylene;BTEX)各溶解组分能够被自然去除,其中甲苯自然衰减的速率系数为0.057 5～0.150 4 d-1,二甲苯为0.068 3～0.104 6 d,乙苯大约为0.047 8 d,苯为O.017 8～0.040 6 d.甲苯与二甲苯容易被去除,然而苯的去除则需要较长的时间.作为BTEX去除反应的电子受体,溶解氧、硝酸盐在需氧或厌氧条件下具有优先利用的机会,而硫酸盐则缺乏优先利用的机会.BTEX溶解组分浓度的降低,加上电子受体浓度的降低,可以表明含水层存在需氧条件与硝酸盐还原条件下的内在生物降解作用.其意义在于通过增加含水层中电子受体的浓度,将有助于内在生物降解能力的增强,从而能够提高含水层中污染物去除的效果.     

柴油污染含水层的自然衰减作用

柴油污染对人类健康和生态环境具有很大危害。自然衰减以其经济、易操作、对人危害小和降解污染物彻底等优点,成为国内外比较常用的水土污染修复方式之一。采用室内实验的方式,以柴油作为修复对象,模拟了含水层系统中柴油污染物随地下水迁移转化的过程,以自然衰减作为修复方式,研究其修复机理。通过分析计算总石油烃(TPH)污染晕的变化规律,计算修复时间和截留率等方法,研究了柴油污染含水层中的自然衰减强度及修复效能。结果显示,柴油进入含水层后,逐渐形成了稳定的污染晕,并在地下水流场中沿各个方向不断迁移并衰减,其迁移速率由快变慢,并趋于稳定,且沿流向上的迁移作用最强,垂向上次之;"断源"后,含水层中的TPH浓度随时间呈明显的下降趋势,自然衰减作用变得明显;结合一阶反应动力学方程,计算出下部含水层的修复时间为1.0~1.5a,表层注油点位置地下水的修复时间约为2.6a;含水层对柴油具有截留作用,截留作用初期较为稳定,近饱和后作用渐弱,停止注油后,截留作用重新渐变明显;自然衰减可作为修复地下水柴油污染的有效方式。     

石油类污染场地的自然衰减作用

在野外石油类污染场地地质、水文地质调查的基础上,对场地地下水中总石油烃的吸附、生物降解等自然衰减作用进行研究。开展了砂质粉土、粉砂、细砂等场地包气带、含水层介质对总石油烃的吸附动力学实验、等温吸附实验、不同矿化度吸附实验、生物降解实验和挥发实验等。实验结果显示,砂质粉土、粉砂、细砂的吸附平衡时间分别为4、7和10 h;通过计算确定了每种介质对总石油烃的等温吸附模型。矿化度对介质吸附总石油烃能力的影响表现为,矿化度越高吸附量越高。生物降解实验结果表明,在场地水土条件下,降解能力最强,且降解符合一级衰减动力学方程。研究表明,地下水受到污染后,吸附、降解、挥发等自然衰减作用对地下水石油类污染物的去除具有非常重要的作用。     

基于GMS软件对某污染厂区地下水污染规律研究

以某污染厂区为研究对象,通过野外调查并结合已有资料,利用GMS软件建立研究区域地下水流场模型和溶质运移模型,并且详细分析了地下水污染规律。研究结果表明:降雨入渗扩散方式下,污染物在地下水中的迁移速率与污染物的浓度及地下水介质密切相关。在潜水含水层中,污染物主要以垂向运移为主,并且受污染源强影响较大,污染物浓度越高,其垂向运移速率越快,污染物在水平面上的扩散速率受污染源强的影响较小;在承压含水层中,污染物沿水流方向迁移,并且呈现匀速扩散趋势。     

硝基苯在含水层中迁移转化影响因素的定量研究

通过室内模拟实验,确定了影响硝基苯在含水层中迁移转化的主要因素,并采用解析解方法计算出各因素的影响水平。研究表明,硝基苯在淤泥介质中的吸附能力大于砂砾介质,其在淤泥介质中的阻滞系数为2.22,在砂砾介质中的阻滞系数为1.74。根据一级动力学方程计算得出,硝基苯在淤泥介质中的自然衰减总速率常数为0.063 5/h,在砂砾介质中的自然衰减总速率常数为0.0059/h。而且,不论是在淤泥介质还是在砂砾介质中,生物降解作用均是硝基苯迁移转化过程的主要影响因素,其影响水平占硝基苯自然衰减能力的50%左右。     

基于地电场响应的矿井顶板突水模拟实验

建立渗流一电测模型,利用粗砂、中砂、细砂三种含水层介质模拟矿井顶板突水,采用网络并行电法仪实时监测地电场参数的瞬态响应特征。通过分析自然电位、一次场电位、激励电流随时问变化图及视电阻率断面图,发现三种不同含水层介质实验的地电场参数都有明显响应,响应规律基本一致。在突水阶段,粗砂和中砂的自然电位明显低于突水前、后的两个阶段,细砂自然电位持续上升,在突水点有显著变化;一次场电位和激励电流变化一致,与突水前、后的两个阶段相比,一次场电位出现大幅降低,激励电流出现大幅升高;视电阻率断面图可以表征渗流、突水、突水后三个阶段的变化过程,可用于定性判定含水层水量大小。此次研究,对矿井水害的防治研究具有现实意义。     

不同SAR条件下滨海含水层胶体释放与渗透性变异

在野外调查的基础上, 研究不同钠吸附比(SAR)条件下滨海含水层胶体释放规律, 采集天津平原区代表性含水层土样, 采用室内批实验和土柱实验, 研究胶体释放浓度和释放量的动态特征, 识别不同含水介质胶体释放的差异性, 同时分析胶体颗粒释放过程中含水介质渗透性变异特征.结果表明, 在NaCl和CaCl₂混合溶液系统中, 含水层含水介质胶体颗粒的释放与地下水溶液所含阳离子价态有关, Ca2+含量越高, SAR越小, 胶体越不容易释放出来, Ca2+对胶体释放的抑制作用越强烈.土柱实验表明不同吸附比情况下粉砂和中砂胶体释放浓度均很小; 当地下水中SAR为0和8时粉土胶体释放很少, 当溶液的SAR为∞时胶体有明显的释放, 释放浓度随孔隙体积数的增加而增加, 在52个孔隙体积数瞬时达到峰值73.76 mg/L, 然后缓慢减少, 最后累积释放量达0.13 mg/g.胶体释放过程中, 粉土、粉砂和中砂渗透性损失分别为98.2%、86.7%和95.9%;含水介质渗透性的降低主要是由于释放的胶体颗粒在空间上重新分布造成的.      

铁氧化物-二价铁体系在潜流带低渗透区的氧化还原特性研究进展

潜流带是河流与地下水交互的关键带,具有非均质性,其中低渗透区富含的铁氧化物,在污染物的非生物自然衰减过程中发挥着重要作用。本文从铁氧化物和溶解性二价铁Fe(Ⅱ)_aq的共存体系出发,评述了该体系的氧化还原能力及影响因素,并以地下水中常见的污染物氯代烃为例阐述了铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系在氯代烃非生物自然衰减中的作用。指出铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系的还原能力可用氧化还原电位(Eh)表示,Eh的大小受pH值、温度、溶解氧(DO)、溶解性二价铁浓度、无机和有机配体等因素的影响,可用来定量描述氯代烃等污染物被还原的速率常数。目前铁氧化物-Fe(Ⅱ)_aq体系Eh的快速测定、含水层中铁氧化物种类和含量、不同铁氧化物共存和复杂水化学条件下Eh与氯代烃等污染物还原速率常数之间的关系,是准确评估污染物非生物自然衰减能力和程度的重要内容。     

动应力对粉质土变形、强度的影响

研山铁矿设计采用露天开采,最终最大边坡高达600m。边坡上部为粉土和粉砂、中砂、卵石、粉质粘土,下部为砂质粘性土和砾质粘性土。由于边坡高,受环境动应力影响因素大,因此分析粉土和粉质粘土层在动应力作用下对变形和强度的影响,对边坡稳定分析具有重要意义。     

渤海中部表层沉积物分布特征与粒度分区

为了解渤海中部海区表层沉积物分布特征与物质来源和水动力环境的关系,高密度采集了海区1448个表层沉积物样品,并进行粒度参数的相关分析。结果表明,研究区表层沉积物类型主要有砾石、砂质砾、砾质砂、砂、粉砂质砂、砂质粉砂、粉砂、黏土质粉砂、砂-粉砂-黏土和粉砂质黏土10种类型。海区中分布范围最广泛的是粉砂质砂和黏土质粉砂,而砾石和粉砂的分布范围相对较小。海区主要由老铁山水道、冲刷槽砂砾区、渤中砂质浅滩和辽东砂质浅滩、渤中粉砂质平原、渤海湾黏土层粉砂三角洲平原和渤西滨岸倾斜砂质平原五个沉积物粒度分区。主导海区沉积物分布模式的动力机制是进入渤海的黄海暖流余脉形成的渤海环流,另外,渤海海峡强潮流、辽东湾环流和莱州湾环流也是控制区域表层沉积物的重要动力因素。这些动力驱动因素促成了渤海物质与黄海物质之间“北进南出”的交换模式。     

Effect of soil structure on the bioavailability of polycyclic aromatic hydrocarbons within aggregates of a contaminated soil

Biodegradation of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) was investigated in the whole matrix and in the different aggregate size fractions of a sandy soil contaminated by a mixture of 8 PAHs and incubated at water holding capacity. The distribution of PAHs and of phenanthrene-degrading bacteria were determined in the bulk soil and in 4 size aggregate fractions corresponding to sand, coarse silt, fine silt and clay. The microbial communities able to degrade phenanthrene were detected at a similar level in the different aggregate fractions of the soil before contamination. After soil contamination and incubation, a significant growth of bacteria was observed and their distribution within aggregates was modified. Bacterial communities of phenanthrene-degraders were present in a higher density in the aggregates corresponding to sand (2000–50 μm) and clay (<2 μm). Chemical analysis show that remaining PAHs (low and high molecular weight) were much more concentrated in the fine soil fractions (fine silt and clay) and were present at a very low content in the larger aggregate size fractions. The interactions of well defined aggregates with PAHs and bacteria were also studied using phenanthrene as PAH model substrate and individual aggregates corresponding to sand and clay size fractions. Incubation of sand and clay aggregate fractions enriched with phenanthrene in the presence of a bacterial isolate NAH1 led to the simultaneous solubilization and biodegradation of phenanthrene. Differences in amounts of solubilized phenanthrene between sand and clay aggregate size fractions would be related to difference in adsorption capacities of phenanthrene by clay and sand aggregates.     

渤海湾西部表层沉积物粒度特征与沉积混合

根据渤海湾西部135个表层沉积物样品的粒度分析结果,分析了表层沉积物的粒度特征与规律。整体上由研究区东北部沿海岸向南沉积物粒度变细,由砂和粉砂质砂变为砂质粉砂,再变为粘土质粉砂。沉积物粒度频率曲线显示,由研究区东北部至北部,沉积物粗组分含量减少,由单峰逐渐过渡为主峰或弱峰,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎缺失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粗组分在粒度频率曲线上的表现由单峰逐渐过渡至主峰或次峰,粗峰含量减少,到中部粗组分减少为粗尾形态,到南部粗组分几乎消失;而沉积物细组分的变化趋势则与之相反。沉积物粒度参数的平面分布规律和粒度参数之间的相关性变化形态显示出粗细2种母质组分以不同比例的沉积混合的特征,即来自东北部的粗组分与来自南部的细组分发生混合,这可能主要与区内双向的沿岸环流输运有关。     

Using lithologic modeling techniques for aquifer characterization and groundwater flow modeling of the Sohag area, Egypt

Three dimensional lithologic modeling techniques have been used for detailed characterization and groundwater flow modeling of the Quaternary aquifer system of the Sohag area, Egypt. Well log data were used for building the lithologic model using RockWorks. A groundwater flow model, facilitated by MODFLOW 2000, was built using results of the lithologic model. The obtained lithologic model honored the well log data and revealed a complex sedimentary system, which is mainly composed of six lithologic categories: clay, clay and sand, fine sand, coarse sand, sand and gravel, and gravel. Inter-fingering and presence of lenses are the main characteristics of the sedimentary basin in the study area. A wide range of hydraulic conductivities is present, which vary spatially and control the groundwater flow. Heterogeneity of the aquifer system is spatially represented where different hydraulic conductivities are found in the different directions. Sandy layers tend to be connected. Hydraulic continuity is represented by inter-fingering and connection of sandy materials within the aquifer system.