空气扰动技术修复氯苯污染地下水的影响因素研究

通过实验室一维砂柱模拟研究了不同影响因素下空气扰动技术(air sparging,AS)修复氯苯污染地下水的效果,包括介质渗透性、曝气方式、共存污染物、残余饱和态氯苯。结果表明:介质渗透性极大地影响着AS的效果,渗透系数越大,去除效果越好。对渗透系数为10-5m/s数量级及其以下的介质应用AS较为困难;在曝气时间相同的情况下,对于渗透系数为5.1×10-4m/s的中砂,脉冲曝气较连续曝气效果好,对于渗透系数为6.2×10-3m/s的粗砂,2种曝气方式效果相仿;苯和氯苯共存时各污染物的去除存在协同作用;AS对残余饱和态氯苯的去除存在着明显的拖尾效应。     

地下水曝气工程技术研究——以德州胜利油田地下水石油污染治理为例

为了研究地下水石油污染现场曝气治理效果,在胜利油田石油开采区进行了地下水现场曝气治理技术研究。采用溶解氧浓度法研究了曝气操作条件(曝气深度、曝气压力和曝气流量)对地下水石油污染曝气治理技术的影响。实验结果表明:在相同曝气压力和流量下,曝气深度越大,影响半径越大,但影响区内的气流分布越稀疏;相反,曝气深度越小,则曝气影响半径越小,但在影响区内空气流线分布越密。气流分布密度和曝气影响半径随曝气压力和流量增大而增大,但存在一个最佳限值;现场曝气存在气流分布不对称现象,是由于土壤介质的渗透性不均匀所致。地下水曝气技术对地下水石油污染治理效果显著,但曝气操作条件对该技术影响较大,需根据地质条件通过现场曝气试验确定。     

空气扰动技术对地下水中氯苯污染晕的控制及去除效果

原位空气扰动技术(air sparging,AS)是去除饱和土壤和地下水中挥发性有机物的最有效方法之一。首先利用二维砂槽研究曝气量与空气饱和度、影响半径的关系。结果表明:提高曝气量可以增大地下水中的空气饱和度以及曝气影响半径,但二者的增幅与曝气量的增幅不成比例,随着曝气量的增加,二者增幅减缓。又利用砂槽研究了在水力梯度一定的情况下,不同曝气量对氯苯迁移和去除效果的影响。空气的注入降低了影响区域的渗透系数,减缓了地下水的流动,有效地控制了污染物的迁移。未曝气时,130 h以后,氯苯随地下水流迁移出砂箱的比例为19.7%,而曝气量为0.1、0.2 m³/h时,此比例仅为3.6%和0.9%;与此同时,AS对氯苯的去除率分别为68.2%和78.6%。这说明AS可以有效控制污染物的迁移和去除,曝气量较大时效果更为明显。     

混合PRB介质处理渗滤液污染地下水的可行性研究

反应介质的选择是可渗透反应墙(PRB)系统原位处理污染地下水的一个关键问题。本实验采用两种混合介质A(陶粒与活性炭的混合物)和B(沸石与活性炭的混合物),对修复被渗滤液污染的地下水的可行性进行了研究。结果表明,混合介质A和B对CODCr的平均去除率分别达到了71.8%和63.4%;对NH4 的平均去除率分别为13.5%和58.7%;对重金属的去除,反应介质B则优于A。因此,PRB反应介质的选择要根据污染物的性质而定。     

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CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例（1个落水洞、4个直管道）,探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。     

地下水污染控制修复技术研究趋势及热点分析

对地下水污染控制修复技术SCI论文及专利数据进行检索统计,使用Cite SpaceⅢ数据可视化软件,对地下水污染控制修复技术研究发展趋势进行分析,探索潜在研究前沿及热点问题。结果显示,抽出处理等传统污染控制修复技术的研究关注度不断下降,原位修复技术、生物修复技术等为现阶段研究和应用的重点。针对砷、铀等典型污染物的修复技术,包括纳米技术、微生物技术等为目前研究的前沿,针对药品、MTBE等污染物的控制修复技术研究可能在未来成为新的研究前沿。中国地下水污染控制修复研究起步较晚,但发展迅速。     

地下水污染特征及其修复技术应用探析

地下水是重要的供水水源和生态系统要素,其水质在不断受到污染,地下水污染防治势在必行。分析我国地下水污染的特点,污染物的种类,结合国内外的资料,对地下水污染异位修复技术和原位修复技术在地下水污染修复中的应用进行了分析和总结。研究表明:寻找适用、经济、技术可行、无二次污染的生态修复技术是修复行业的发展趋势。构建地下水污染修复体系,修复存量污染同时,应加强预防新的污染,维系地下水的生态安全。     

某废弃煤矿有机污染场地地下水修复治理中试研究

某废弃煤矿竖井经倾倒有机废液,导致环境污染事件,造成巷道及采空区内地下水污染。本文结合场地实际情况,选取倾倒竖井(事故井)及周边区域为中试区域,采用“抽出处理+原位氧化循环”两阶段联合修复技术对污染场地开展中试研究。本文介绍了场地污染概况、地下水修复中试方案设计和实施,以及对修复效果进行评价。结果表明,中试处理后地下水中COD和二氯甲烷最高去除率分别为97.88%和99.74%。中试试验表明, “抽出处理+原位氧化循环”两阶段修复技术,对处理矿区内巷道及采空区等复杂地层结构下深层地下水中有机污染物具有较好的去除效果,可以结合现场实际情形对整个污染场区进行规模应用。     

地下水污染强度及渗透系数场的反演识别研究

在制定地下水污染修复方案时,污染源参数和渗透系数场是最重要的地下水数值模型参数,但前人研究多集中于单一类型参数的识别。文章中采用地下水污染物运移模型（MT3DMS）和数据同化方法（迭代局部更新集合平滑器,ILUES）构成地下水污染源识别的求解框架,并利用Karhunen-Loève展开技术实现渗透系数场的参数降维,最后通过同化水头与浓度数据实现地下水污染源强和渗透系数场的联合反演。结果表明：（1）ILUES算法能精确识别污染源参数和渗透系数场,并且具有很高的普适性;（2）精确表征渗透系数在空间上呈现出的非均质性,是预测污染物迁移路径、反演污染强度的关键;（3）ILUES算法参数影响着反演效果,综合考虑计算效率和计算精度等,可以得到算例的最佳样本集合大小（Ne=4 000）和ILUES算法最佳参数组合（局部临近样本集合占比α=0.4,相对权重b=4）。但在实际工程案例中,如果对精度的要求不是过高,经验组合（α=0.1,b=1）更值得推荐。研究结果对于区域地下水资源调查、评价和管理等工作具有较强的实践意义,并可为后期地下水污染预测及地下水监测井网优化提供技术支撑。     

中试尺度下可渗透反应墙位置优化模拟——以铬污染地下水场地为例

可渗透反应墙（PRB）是一种高效的地下水污染原位修复技术。不同水文地质条件下,污染场地墙体位置布设合理性影响其修复效果,而利用地下水数值模拟可实现墙体位置优化。文章以某Cr6+污染地下水场地为例,基于Visual Modflow建立了研究区平面二维稳定流数值模型,并通过模型检验。根据墙体的设计尺寸（长20 m×宽2 m×深12 m）及填充材料的渗透系数（80 m/d）,利用所建模型分别计算了4种布设方案（墙体尺寸大小和填充材料渗透系数相同,布设位置不同）下墙体的捕获区宽度、粒子滞留时间和通过墙体的Cr6+通量。结果表明:4种布设方案模拟的滞留时间和捕获区宽度取值差异性不大,变异系数小于2%;Cr6+通量差别较大,变异系数高达76.32%,主要由地下水中Cr6+浓度空间分布不均引起。对比分析4种方案的各评价指标,方案2求得的捕获区宽度为21.9 m,粒子滞留时间为4.1 d,Cr6+去除量可达127.7 mg/d,可作为最佳布设方案。本研究建立的地下水流数值模型符合场地实际情况,可有效评估PRB截获污染羽的范围和去除目标污染物的能力,为铬渣类污染场地PRB原位修复工程设计与实施提供技术支撑和参考依据。     

运用地下水对潮汐的响应识别压力传导系数

在地下水扩散方程中,压力传导系数是描述地下水运动的重要参数。传统的方法是通过抽水或注水给地下水系统一个扰动,监测地下水水位的响应,由此计算含水层的压力传导系数。文章提出用潮汐衰减率方法识别含水层压力传导系数,其适用于滨海区承压含水层的参数识别。在推导出解析解的基础上,通过数值拟合、最小二乘法、牛顿迭代法求得含水层的压力传导系数,提出潮汐衰减率的概念,建立余切函数与潮汐衰减率的线性关系,用线性关系中的斜率和截距识别压力传导系数。用潮汐衰减率方法识别出的压力传导系数与其实际值相等,说明该方法是正确有效的。潮汐信号衰减率与海水振荡的余切函数线性相关。数值仿真表明,该方法可以准确地估算出含水层的压力传导系数。潮汐衰减率方法具有少打井,经济高效等优点。潮汐衰减率方法为实际工程应用提供了可靠的理论基础,它可以用于部分实际工程中。该方法的局限性在于需要提供含水层的部分参数,如含水层的长度、海水波动振幅、频率等。     

柴油污染地下水修复生物反应墙中功能微生物数量及群落多样性

利用功能微生物、泥炭和含水层介质构建生物反应墙原位修复柴油污染地下水,系统经调试稳定后运行80 d,目标污染物去除率为83.60%~99.85%。运行期结束,采用荧光素-最大或然数和Biolog方法研究了生物墙内不同位置处功能微生物的数量及群落多样性。结果表明：墙体内各处均能保持较高的功能微生物数量,且微生物群落的物种数、丰富度、均一性、碳源利用性以及代谢特征均相似;但随着生物墙深度的增加,功能微生物比例有所下降,微生物群落略显丰富,但均一性略差,碳源利用倾向略微不同。生物反应墙原位修复地下水时,功能微生物能够长期保持较高的数量、较好的降解性能和稳定的群落多样性;但随着墙体深度的增加,营养结构发生了改变,导致微生物群落结构略显不同。     

黄原胶在含水层的迁移特性及对KMnO4迁移的影响

向地下水注入化学药剂进行修复时,药剂迁移主要集中在渗透性相对较高的区域,致使低渗透区内的污染物无法有效去除。通过注入聚合物（黄原胶）对地下水进行黏度控制,可以有效提高修复药剂在低渗透区的迁移能力,从而提高修复效果。黏性流体在地层中的迁移特性是该技术应用的理论基础,因此本研究运用一维模拟柱实验分析了含水层介质对黄原胶流体的阻滞作用,黄原胶注入前后介质的压力及渗透系数的变化以及黄原胶与修复药剂KMnO4迁移同步性。实验结果表明:当黄原胶溶液注入到介质后,介质对黄原胶的阻滞导致其有效孔隙度减小,因此会在一定程度上加速后续注入溶液溶质的运移,且介质渗透系数越小,对黄原胶阻滞作用越明显;黄原胶注入导致含水层渗透性降低,流体运移阻力增加,特别是在细砂和粉砂介质中,渗透系数都降低了一个数量级;虽然黄原胶和KMnO4在迁移锋面存在一定差异,但经过2 h后迁移速率基本相同,具有较好的同步性。     

电化学-水动力循环耦合井内生物反应器去除地下水中苯胺

为使含水层中苯胺污染的原位修复过程高效安全且不产生二次污染,提出了一种电化学-水动力循环下的井内生物反应器修复地下水中苯胺的方法.在水动力循环系统的驱动下,评价了苯胺在水动力循环系统的挥发情况并且通过电化学手段提供氧气,井内生物反应器提供修复载体,在砂槽模拟的含水层体系中开展井内生物反应器降解苯胺的修复实验,并对生长曲线及含水层中苯胺修复进行了模拟.289 h的修复使体系内苯胺平均浓度从298 mg/L降低到132 mg/L,去除率为56.5%.运行过程中,监测点苯胺平均浓度在48 h内去除速率为1.10 mg/（L·h）,48~72 h内去除速率为0.85 mg/（L·h）,72 h到289 h内苯胺去除速率维持在0.65 mg/（L·h）,氧化降解逐步减弱.该过程符合Michaelis-Menten方程,反应速率为:-6.71×10-7/（15+t）2.该修复系统是基于地下水动力循环技术的改进,有望应用于有机污染地下水修复.      

The effect of aquifer heterogeneity on natural attenuation rate of BTEX

Monitored natural attenuation can be a viable option for remediation of groundwater contamination by BTEX compounds. Under the field conditions, the rate of contaminant mass attenuation through natural processes, such as biodegradation, to a large extent affected by the groundwater flow regime, which is primarily controlled by the aquifer heterogeneity. Numerical simulation techniques were used to describe quantitatively the relationship between biodegradation rate of BTEX and aquifer heterogeneity. Different levels of aquifer heterogeneity were described by random hydraulic conductivity fields (K) having different statistical parameters, the coefficient of variation (CV) and the correlation length (h). The Turning Bands Algorithm was used to generate such K fields. Visual MODFLOW/RT3D was used to simulate the fate and transport of dissolved BTEX plume within heterogeneous aquifers. The multispecies reactive transport approach described BTEX degradation using multiple terminal electron-accepting processes. First-order biodegradation rate constants were calculated from simulated BTEX plumes in heterogeneous flow fields. The results showed that aquifer heterogeneity significantly affected biodegradation rate; it decreased with increasing CV when h was in the range of up to 12 m, whereas it increased with increasing CV when h was greater than about 12 m. For well characterized aquifers, this finding could be of great value in assessing the effectiveness of natural attenuation during feasibility studies at BTEX contaminated sites.     

污染场地原位热修复技术与能效分析

本文围绕原位热修复技术所存在的有效性和能耗难以评估的问题,基于原位热修复技术机制、影响因素、能效等方面进行系统分析,揭示原位热修复技术热量传递和污染物驱动机制,探讨热导率和电导率等原位热修复能效的影响因素;基于电阻加热(ERH)修复技术原位中试研究,分析了ERH系统的加热性能和该场地加热0100 d的温度场时空分布,解析温度空间分布差异的原因。研究表明,ERH存在电阻发热和电极井热传导两种机制,加热效率受电极井距离和地层环境影响,热量散失是未来原位热修复技术能效评估应关注和研究的因素。     

准饱和多孔介质中地下水驱替速率、圈闭气体饱和度和准饱和渗透系数的关系

圈闭有不连续、非流动和非混溶气体的含水层,被称为准饱和含水层。圈闭气体的存在会降低含水层的渗透性能,但准饱和渗透系数、圈闭气体饱和度和驱替速率之间的关系还没有完全被理解。本文通过室内砂性介质的驱替试验开展了圈闭气体饱和度、准饱和渗透系数和驱替速率三者相互关系的研究。研究表明,虽然总体上圈闭气体饱和度随驱替速率的增大而减小,但是在高驱替速率和低驱替速率分别出现了圈闭气体饱和度不随驱替速率变化的等值区间,该“台阶”型曲线可以采用与van Genuchten曲线类似的数学模型来表征,而砂性介质的准饱和渗透系数与圈闭气体饱和度之间呈简单的线性负相关关系。这两个经验模型说明可以用驱替速率定量估算准饱和渗透系数,该关系为利用驱替速率估算准饱和渗透系数提供了理论依据。上述准饱和水力学性质为深入理解准饱和地下水水流提供了依据。另外,驱替速率与圈闭气体饱和度的关系还表明,实验室测量完全饱和渗透系数时,应以大于初始毛细上升速率的速率进行饱和,以避免介质中的空气被水圈闭。