电化学循环井耦合氧化 -还原降解地下水中三氯乙烯

三氯乙烯（TCE）是一种地下水中常见的有机污染物,传统的地下水循环井修复技术虽然有效但耗时长,且需配套地面处理。文章研发了一种电化学循环井耦合修复体系,以期通过顺序化学氧化 -还原作用高效快速降解地下水中TCE。以地下水循环井为基础,通过抽水井中的地下水电解,原位提供O2和H2,投加Fe（Ⅱ） -EDTA络合物活化O2产生羟基自由基氧化降解TCE,进而利用钯催化剂催化剩余的H2还原降解TCE。在二维砂槽模拟含水层中评价了该体系的运行效果,含水层中初始TCE浓度为7.50 mg/L,经过13天的连续通电处理后,TCE浓度降低到1.65 mg/L,降解率达到78%。处理后Cl-浓度相应增加118.20 μmol/L,接近于TCE降解量（44.50 μmol/L）的3倍,证明TCE近乎完全脱氯。运行过程中,TCE平均降解速率由0~5 d的0.90 mg/(L·d) 降低到9~13 d的0.10 mg/(L·d),氧化降解主要发生在前期阶段,钯催化还原效率较为稳定,后期两种过程降解效率都逐渐下降,主要原因是溶解态Fe（Ⅱ）浓度减少以及钯催化剂活性降低。该耦合修复体系是基于地下水循环井技术的改进,其氧化 -还原作用机理有望实现地下水中多种不同有机污染物的降解。     

Fe/Ag催化臭氧氧化降解苯酚的研究

为研究双金属催化剂去除有机污染物的效果,采用自制Fe/Ag催化剂对模拟苯酚废水进行了臭氧催化氧化处理。通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)和X射线衍射(XRD)对催化剂进行表征,并考察了催化剂类型、催化剂投加量和溶液初始pH值对降解效果的影响规律。结果表明:与Fe相比,Fe/Ag比表面积减少了22.8%,在Fe/Ag/O₃与含苯酚废水的反应体系中,反应遵循臭氧直接作用和活性自由基(·OH、·O₂、H₂O₂)共同作用的机理;Fe/Ag在反应过程中体现出良好的协同作用;300 mg/L的苯酚模拟废水在pH=6.3、Fe/Ag投加量为1.00 g的最优反应条件下经60 min反应,苯酚与化学需氧量(COD)去除率比单独臭氧氧化分别提高了18.4%和29.4%。     

氧协同菱铁矿降解微囊藻毒素机理研究

已知在无氧条件下天然矿物菱铁矿能成功水解微囊藻毒素-LR(MC-LR),然而实际应用过程中难以避免水中溶解氧(O₂)的存在,因此有必要深入研究不同溶氧量(DOC)条件下菱铁矿对MC-LR降解的影响。本文通过在无氧和有氧条件下菱铁矿对MC-LR的降解实验,发现在有氧条件下(溶氧量1.62～21.87 mg/L), MC-LR的降解速率均比无氧条件(k₀=0.030 16 mg·L^-1·h^-1)高且其降解速率随O₂含量增加而依次增加,当O₂加入量为1.0 mL(溶氧量21.87 mg/L)时,菱铁矿对MC-LR降解速率最大(0.083 34 mg·L^-1·h^-1),为无氧条件下的2.76倍。通过外加腐殖酸(humic acid, HA)和自由基进行捕获实验,发现FeCO₃能直接活化O₂产生超氧自由基(·O~-₂),以实现对MC-LR的氧化,但外加HA抑...     

延安周边地区页岩地球化学特征及页岩油潜力评价

延安周边地区长7泥页岩地层中获得工业油流,使得针对该地区的勘探工作开始审视页岩油目标。基于此,开展了系统化的烃源岩品质评价工作以及页岩油气潜力分析工作,以期为深入的页岩油勘探提供参考。研究表明,研究区页岩有机质丰度整体较高,平均总有机碳含量4.05%;有机质类型主体为Ⅰ型、Ⅱ₁型及Ⅱ₂型;整体进入了生油窗,处于成熟生油的热演化阶段。页岩的物质来源为陆地与湖泊的混合来源,其整体上沉积于弱还原弱氧化环境。三类有机质中,有机质含量越高,则其生烃能力也越强;Ⅰ型有机质的生烃能力最大、Ⅱ₁型有机质次之,Ⅱ₂型有机质相对最小。Ⅰ型有机质、Ⅱ₁型有机质及Ⅱ₂型有机质,页岩油含量即总游离烃量分别为10.30 mg/g、8.99 mg/g、8.14 mg/g。页岩油相态以游离态为主,吸附态相对较少。可动用性方面,页岩油的可动用资源集中于Ⅰ型有机质,Ⅱ₁型有机质可动用较差,Ⅱ₂型有机质可动用性极差。在综合勘探潜力方面,最适于进行页岩油勘探的对象是Ⅰ型有机质,其次为Ⅱ₁型有机质。Ⅱ₂型有机质基本无页岩油勘探潜力。     

地下水化学组成对Fe2+氧化产生羟自由基的影响

羟自由基(·OH)是自然环境中氧化活性最强的物种,对物质转化具有重要影响.前期研究发现地下水接触O₂可产生·OH,其中Fe2+氧化起主导作用,但地下水化学组成对Fe2+氧化产生·OH的影响尚不清楚.通过室内模拟实验,探究了地下水中常见组分(Ca2+、Mg2+、腐殖酸(HA)和磷酸根)对Fe2+氧化产生·OH的影响.结果表明,pH 6.5时0.357 mM Fe2+在5 h内氧化完全,产生约1.8 μM的·OH;Ca2+(1~6 mM)、Mg2+(1~4 mM)对Fe2+氧化和·OH产生无明显影响;HA(10~30 mg/L)促进Fe2+氧化和·OH产生,促进效果随pH降低而增强;磷酸根(0.01~0.03 mM)抑制Fe2+氧化,对·OH产生的影响为先抑制后促进.      

内蒙古阿扎哈达铜铋矿床流体包裹体和碳-氧-硫-铅同位素地球化学研究

阿扎哈达石英脉型铜铋矿床位于二连—东乌旗多金属成矿带中段。铜铋热液矿化过程从早到晚可以分为3个阶段,分别为石英-黄铁矿-黄铜矿阶段(Ⅰ)、石英-黄铁矿-黄铜矿-辉铜矿-辉铋矿-自然铋-萤石阶段(Ⅱ)和晚期石英-方解石阶段(Ⅲ)。铜铋矿化主要产于Ⅱ阶段石英脉中。流体包裹体类型主要为气液两相包裹体。测温结果显示Ⅰ阶段富气相包裹体均一温度变化范围为224~427 ℃,盐度(w(NaCl_eq)为16.0%~22.4%;富液相包裹体均一温度为229~410 ℃,盐度为9.2%~22.2%。Ⅱ阶段富气相包裹体均一温度为245~343 ℃,盐度为17.8%~20.5%;富液相包裹体均一温度为180~361 ℃,盐度为10.5%~21.3%。Ⅲ阶段富液相包裹体均一温度为132~262 ℃,盐度为3.4%~19.4%。成矿热液整体上属于中温、中等盐度流体。单个包裹体激光拉曼分析表明气液相成分主要是H₂O,含少量CH₄,指示成矿流体属于NaCl-H₂O±CH₄体系。C-O同位素数据(δ¹³C_V-PDB值范围为-6.7‰~-1.4‰,δ¹⁸O_V-SMOW值为-2.4‰~+11.5‰)表明成矿流体主要来源于岩浆水,晚阶段有大气降水的混入。黄铁矿S同位素组成(1.3‰~9.5‰)指示成矿物质主要来源于岩浆热液,并有部分地层物质加入。黄铁矿Pb同位素组成²⁰⁸Pb/²⁰⁴Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁴Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁴Pb值变化范围分别为38.081~38.229、15.561~15.602和18.270~18.383,所有数据点均落在造山带铅范围内,表明成矿物质主要来源于侵位的花岗岩,同时地层提供了部分成矿物质。结合流体包裹体和同位素地球化学研究,文章认为温度下降及水岩反应是导致矿质沉淀的重要机制。     

地下水中三氯乙烯-苯酚的好氧共代谢的实验研究

以苯酚作为三氯乙烯（TCE）降解的共代谢基质,用瓦勃氏微量呼吸测压仪（简称瓦呼仪）作为测试手段,分析了经苯酚驯化后的混合微生物对苯酚、TCE的降解特性;并讨论了以苯酚作为共代谢基质时TCE降解的可能性。实验结果表明：未驯化的活性污泥不能降解TCE; 经苯酚驯化后的活性污泥,当TCE的质量浓度为50 μg/L时其降解效果较好,TCE的氧化率达3369%;TCE的质量浓度为100 μg/L时其降解效果较差,其氧化率仅为3.2%;苯酚和TCE共代谢降解时,苯酚的存在促进了TCE的降解,当苯酚质量浓度为40 mg/L、TCE质量浓度为50 μg/L时共代谢降解效果最好,TCE的氧化率为79.11%。     

小秦岭大湖金钼矿床地质特征及成矿流体

小秦岭地区位于华北克拉通南缘,赋存许多大型-超大型的金矿床,大湖金钼矿床位于小秦岭北矿带。大湖金钼矿床成矿具有多期多阶段特点,包括热液期和表生期,根据矿脉穿切关系、矿石的矿物组成以及结构、构造研究,热液期分为4个成矿阶段,即石英-钾长石-辉钼矿阶段(Ⅰ)、石英-黄铁矿-自然金阶段(Ⅱ)、石英-多金属硫化物-自然金阶段(Ⅲ)和石英-碳酸盐阶段(Ⅳ)。流体包裹体岩相学、激光拉曼成分分析和冷热台测温结果表明,大湖金钼矿的初始成矿流体属H₂O-CO₂-NaCl体系,包裹体分为三种类型,即CO₂-H₂O型包裹体(C型)、水溶液型包裹体(W型)和纯CO₂型包裹体(PC型)。成矿Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ阶段包裹体均一温度范围分别为275.3~350.0 ℃、260.0~312.7 ℃、245.3~287.6 ℃和237~251 ℃,流体盐度范围为5.2%~16.7%,密度为0.777~1.108 g/cm³,为中-高温、中-低盐度、低密度流体,与变质流体特征一致。均一温度从Ⅰ阶段→Ⅳ阶段呈逐渐下降趋势,盐度从Ⅰ阶段→Ⅲ阶段逐渐降低,Ⅳ阶段沸腾作用使流体中的气体组分逸出,导致剩余流体的浓缩盐度增高。流体成矿压力范围为58.0~196.3 MPa,对应成矿深度范围为3.0~7.1 km。矿区普遍存在的围岩蚀变表明水岩反应强烈,氢同位素δD为-90‰~-44‰,成矿流体氧同位素δ¹⁸O_水范围为2.1‰~5.9‰,属于变质热液范围;在δ¹⁸O_水-δD组成图解投图中落在变质水范围左下侧,Ⅱ、Ⅲ阶段样品的δ¹⁸O_水较Ⅰ阶段整体左移,表明高温变质流体与围岩(斜长角闪岩等变质岩)发生水岩反应,导致同位素互换平衡。大湖金钼矿床受区域近东西向断裂构造控制,属典型的断控脉状矿床,成矿流体以变质水为主,矿床主要特征与典型的造山型金矿特征相符。     

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.      

鄂尔多斯盆地甘泉地区延长组长8段原油地球化学特征及来源

通过系统采集鄂尔多斯盆地东南部甘泉地区原油、砂岩和烃源岩样品,分析了延长组长8段原油地球化学特征,明确了原油成因和来源。研究表明:长8段原油为正常原油,具有低黏度、低初馏点、低凝点和低含硫量的特征;生物来源为混合型输入,形成于弱氧化-弱还原环境,是生油高峰阶段的产物。根据C₃₀重排藿烷和二环倍半萜类分布特征可将原油分为Ⅰ类和Ⅱ类原油,Ⅰ类原油主要分布于长8₁段,Ⅱ类原油主要分布于长8₂段。长9段和长8段烃源岩具低C₂₄TeT/C₂₆TT、高-异常高C₃₀重排藿烷含量、低8β(H)升补身烷和8β(H)补身烷含量的特征,长7段烃源岩与之相反。油源对比结果表明,Ⅰ类原油为长7烃源岩贡献,Ⅱ类原油为长8和长9段烃源岩贡献。甘泉地区主要发育长8₂油藏,其西部原油为长8和长9烃源岩贡献,而东部原油主要为长9烃源岩贡献,长7烃源岩次之。研究认识到长8和长9烃源岩的烃类贡献可能是促使长8₂段较长8₁段富集的重要因素,对下步勘探有指导意义。     

The combined use of Sr/Sr and carbon and water isotopes to study the hydrochemical interaction between groundwater and lakewater in mantled karst

The hydrochemical interaction between groundwater and lakewater influences the composition of water that percolates downward from the surficial aquifer system through the underlying intermediate confining unit and recharges the Upper Floridan aquifer along highlands in Florida. The ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio along with the stable isotopes, D, ¹⁸O, and ¹³C were used as tracers to study the interaction between groundwater, lakewater, and aquifer minerals near Lake Barco, a seepage lake in the mantled karst terrane of northern Florida. Upgradient from the lake, the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of groundwater decreases with depth (mean values of 0.71004, 0.70890, and 0.70852 for water from the surficial aquifer system, intermediate confining unit, and Upper Floridan aquifer, respectively), resulting from the interaction of dilute oxygenated recharge water with aquifer minerals that are less radiogenic with depth. The concentrations of Sr²⁺ generally increase with depth, and higher concentrations of Sr²⁺ in water from the Upper Floridan aquifer (20–35 μg/L), relative to water from the surficial aquifer system and the intermediate confining unit, result from the dissolution of Sr-bearing calcite and dolomite in the Eocene limestone. Dissolution of calcite [δ¹³C = −1.6 permil (%o)] is also indicated by an enriched δ¹³C_DIC(-8.8 to -11.4% o) in water from the Upper Floridan aquifer, relative to the overlying hydrogeologic units (δ¹³C_DIC < -16%o).

Groundwater downgradient from Lake Barco was enriched in ¹⁸O and D relative to groundwater upgradient from the lake, indicating mixing of lakewater leakage and groundwater. Downgradient from the lake, the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of groundwater and aquifer material become less radiogenic and the Sr²⁺ concentrations generally increase with depth. However, Sr²⁺ concentrations are substantially less than in upgradient groundwaters at similar depths. The lower Sr²⁺ concentrations result from the influence of anoxic lakewater leakage on the mobility of Sr²⁺ from clays. Based on results from mass-balance modeling, it is probable that cation exchange plays the dominant role in controlling the ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr ratio of groundwater, both upgradient and downgradient from Lake Barco. Even though groundwater from the three distinct hydrogeologic units displays considerable variability in Sr concentration and isotopic composition, the dominant processes associated with the mixing of lakewater leakage with groundwater, as well as the effects of mineral-water interaction, can be ascertained by integrating the use of stable and radiogenic isotopic measurements of groundwater, lakewater, and aquifer minerals.     

岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减机制

石油类有机物污染是地下水环境领域亟须解决的关键课题.本次研究耦合数值模拟和水文地球化学技术模拟岩溶裂隙含水层中石油类有机物的自然衰减过程并定量计算其自然衰减机制.基于BIOSCREEN模型的模拟计算可知,近30年对流、弥散、稀释等物理过程和生物降解过程对石油类有机物衰减贡献率的平均值分别为31.53%和68.47%,生物降解作用是岩溶裂隙含水层自然修复能力的主要机制.利用质量守恒定律分析水化学（HCO₃-、NO₃-）和同位素（δ15N_NO3、δ18O_NO3和δ13C_DIC）之间的相关关系可知石油类有机物生物降解贡献地下水HCO₃-的平均值为33.93%;石油类有机物生物降解消耗主要电子受体NO₃-贡献地下水δ13C_DIC的百分率为30.77%且其占总生物降解的90.69%.      

硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响(英文)

为研究硝酸根对颗粒状铁降解三氯乙烯的影响,进行了柱实验和相应的反应铁腐蚀电位测定。在硝酸根离子存在条件下,铁的腐蚀电位相应升高,系统条件也因之发生变化,导致钝性的铁氧化物在铁表面生成。因而,三氯乙烯和硝酸根离子降解速率明显减小, 并且降解速率减小的程度与硝酸根离子的浓度成比例。当污染液流过反应柱时,硝酸根离子与铁反应, 被还原为氨根离子。该反应造成硝酸根离子的浓度梯度,使钝化区在柱中上移,从而影响了三氯乙烯的降解曲线。与三氯乙烯单独与铁反应相比,当含4 7 mg/L硝酸根的三氯乙烯溶液流经反应柱170 孔隙体积后,降解50% 三氯乙烯所需的时间(t50) 从小于4 h增加到大于10 h;而当三氯乙烯溶液中加入100 mg/L硝酸根离子,仅17 孔隙体积溶液流经反应柱后,三氯乙烯降解t50就已大于14 h。研究结果表明,由于硝酸根离子对铁的腐蚀电位和铁表面氧化膜的不利作用,在处理靶污染物为高浓度硝酸根离子和三氯乙烯共同污染的地下水时,铁渗透反应隔栅不是最佳选择。如果靶污染物中硝酸根离子浓度比较低,则在设计铁隔栅时应考虑到硝酸根离子造成的不利因素,相应增加铁墙的厚度,从而确保三氯乙烯的降解效果。     

污染场地六价铬迁移转化机制与数值模拟研究

随着全球工业化迅猛发展,土壤和地下水六价铬污染日益严重。基于某铁合金厂铬渣场地现场调查与采样分析,开展铬渣场地土样吸附、渗透和弥散试验,研究六价铬在粉质黏土土样中的吸附特性和迁移规律,建立考虑对流-弥散-吸附的六价铬迁移三维动力学模型,结合数值软件获取污染源位于场地上、下游时地下水中六价铬迁移分布特征,并揭示弥散度?和分配系数 对六价铬时空分布的影响。试验结果表明,粉质黏土对六价铬吸附符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为466.6 mg/kg;蒸馏水和160 mg/L 六价铬溶液入渗下粉质黏土渗透系数约为6.5×10–7～6.7×10–7 cm/s,1 000 mg/L六价铬溶液的渗透系数增大至4.4×10–6 cm/s;粉质黏土水动力弥散系数D为1.4×10–4 m2/d,计算得到阻滞因子 为4.2～10。数值模拟结果表明,场地下游受到六价铬污染时,即使不考虑分子扩散作用,上游仍有被污染的风险,污染程度取决于含水层的弥散度;考虑含水层对六价铬吸附时,土体分配系数越大,六价铬污染羽分布范围越小,在预测地下水中六价铬浓度分布时应重点考虑六价铬吸附等转化过程。     

天津平原区浅层地下水水化学特征及碳酸盐风化碳汇研究

大气 CO₂浓度在控制全球气候变化方面具有至关重要的作用,研究碳循环、CO₂收支平衡和精确评估是制定区域CO₂减排策略和寻找新的碳汇途径最重要的组成部分。碳酸盐风化碳汇是全球碳循环研究的一个重要方向。为此,本研究以天津平原区浅层地下水为研究对象,通过对地下水调查及水样的采集与分析,运用水化学分析方法分析了地下水水化学特征,并估算了地下水总储存量、DIC储量和碳酸盐风化碳汇量。研究结果表明:浅层地下水化学场自北部山前平原向南部冲积平原和滨海平原,呈现出自北而南和由北西向南东的水平水化学分带规律,地下水由低浓度的淡水、微咸水变为高浓度咸水,沿此方向水化学类型由HCO₃-Ca·Na·Mg→Cl·SO₄-Na→Cl·HCO₃-Na→Cl-Na型转变;淡水区、微咸水区和咸水区面积分别为733、3 034和6 564 km²。地下水水化学组分中Ca²⁺、Mg²⁺和 {\mathrm{HCO}}_3^{-}主要来源于碳酸盐的溶解作用。研究区浅层地下水总储存量为2 241 640万m³,总DIC储量为8.13×10⁶ t,总碳汇量为4.11×10⁶ t。研究区浅层地下水淡水区、微咸水区和咸水区地下水储存量分别为157 799万、6 245 936万和1 459 247万 m³,DIC浓度分别为19200、19200和19342 mg/L,DIC储量分别为0.67×10⁶、1.65×10⁶和0.58×10⁶ t,碳汇量分别为0.22×10⁶、0.90×10⁶和2.98×10⁶ t。沿地下水流向,DIC、储量和碳汇量的空间分布均呈现出由低到高的趋势。