地下水土有机污染MNA修复研究综述

监测自然衰减技术（MNA）是修复地下水土有机污染最经济和有效的方法之一。在自然衰减的评价中,美国主要是从3个方面的证据来揭示自然衰减的发生：污染物质量减少;表征生物降解的地球化学指标的变化;通过微生物降解菌研究为生物降解提供直接证据。本文总结了目前国际上获取自然衰减证据的主要方法：污染物浓度变化趋势统计法、污染物质量守恒和质量通量分析法、溶质运移的解析模型、溶质运移的数值模型、地球化学证据方法、稳定同位素方法和微生物菌群研究等方法。我国在自然衰减评价方面的研究较少。由于自然衰减修复时间较长、修复效率较低,在实际应用中,联合运用强化衰减修复技术和MNA技术成为地下水土治理的主要发展趋势。     

典型石油烃组分在地下水中的自然衰减规律

为了解石油烃类污染物在地下水中的自然衰减规律,以苯、萘、菲作为目标污染物,采用实验场地4种天然砂土作为含水层介质进行了室内模拟实验。结果表明：在单组分和混合组分溶液中,苯、萘和菲在地下含水层介质中的自然衰减均符合一级动力学方程;在不同含水层介质中,苯和萘的衰减速率大小顺序为粉砂>中砂≈粗砂>砾砂,而菲的自然衰减速率大小顺序为粉砂≈中砂≈粗砂>砾砂;微生物降解在苯和萘的自然衰减中起重要作用,而固相吸附在菲的自然衰减中起重要作用。3种物质共存时,苯和萘的自然衰减加快,菲的自然衰减减慢。     

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。     

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。     

应用质量通量评估地下水中BTEX和乙醇的自然衰减

近年来,应用于修复石油烃污染地下水的监测自然衰减技术得到了广泛深入研究,同时质量通量方法已逐渐成为评 估地下水燃油污染场地自然衰减监测修复效能的重要手段。通过在室内砂槽中添加乙醇汽油组分,监测其自然衰减,利用 质量通量方法,得出了BTEX和乙醇的质量减少率、自然衰减速率常数K;结合非反应示踪剂溴离子,评价了BTEX和乙醇 自然衰减因素中吸附和微生物的联合降解效应。结果表明,自然衰减是地下水中燃油组分修复的重要机制,质量通量方法 是评估自然衰减的有效方法之一。BTEX和乙醇在自然衰减过程中被去除的比例分别为78.88%和98.71%,其中约98%的 BTEX 因吸附和生物降解联合作用被去除,接近100%的乙醇因内在生物降解作用被去除;BTEX 的自然衰减速率为 0.077d-1~0.167d-1,乙醇为0.353d-1,自然条件下乙醇比BTEX更容易衰减。     

石油污染场地浅层地下水MNA原位修复潜能及微生物降解效益评估

监测式自然衰减（MNA）能够高效低耗地原位修复石油污染地下水的场地,微生物对污染物的降解对MNA过程起到了重要作用。在分析东北石油污染场地地下水中总石油烃（TPH）、电子受体的质量浓度分布和变化规律基础上,划分了微生物功能区。采用溶质通量计算法,对MNA原位修复的潜能及其微生物降解效果进行了评估。结果显示,场地微生物降解正在发生,利用的电子受体不同,划分为Mn、Fe和SO^2-₄还原区。污染通量模型计算显示：上游地区微生物降解强度不断增强,下游地区微生物降解强度不断降低。监测期内石油烃总量降低了394 kg,微生物降解为自然衰减过程中的主要作用,其贡献率为64%~93%,每个通量断面内微生物降解率为0.18~0.73 kg/d。由此可以证明,MNA可以有效地修复地下水中的石油污染。     

某石油化工污染场地地下水中挥发性有机物污染特征及成因分析

为了解典型污染场地浅层地下水微量有机污染特征,对西北某省会城市石油化工场地地下水中的挥发性有机污染物（VOCs）污染情况进行了调查。结果表明,污染场地地下水样品中挥发性有机污染物检出率为100%;检出率较高的是氯代烃和苯系物,检出率分别为60%和40%。超标组分为苯和1,2-二氯丙烷,苯超标率为30%,1,2-二氯丙烷超标率10%,苯最大检出浓度达1515μg/L。场地内的原油储存罐、污水隔油池的渗漏以及石油冶炼、机械加工过程工业废水不合理排放均为该场地地下水VOCs的重要来源;VOCs的理化性质以及污染场地地下水防污性能差是影响该场地地下水环境中VOCs归宿的主要因素。     

去除地下水芳香烃污染物:实验室含水层土柱研究

芳香烃污染地下水以其污染普遍、危害巨大、去除困难及治理费用昂贵而倍受各国环境学者及水文地质学者的关注。以苯及甲苯作为标示污染物,利用室内饱水含水层土柱,通过对污染带的模拟实验发现,苯和甲苯在反硝化条件下产生生物降解,二者的去除率分别大于７７％和８８％;反硝化条件下,苯和甲苯显示出降解性差异,甲苯更易于降解;硫酸还原作用可能是苯和甲苯被去除的另一机理,但实验结果显示,ＮＯ－３高时,对硫酸还原菌的生长具有抑制作用。     

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.     

甲苯在土壤地下水中迁移规律研究

石油泄漏导致甲苯等有机污染物污染土壤地下水,并且甲苯等石油类有机污染物对土壤地下水污染具有隐蔽性强、难以逆转等特点,污染治理难度大。因此,研究甲苯有机污染物在土壤地下水中运移规律是治理的关键。该文以某污染场地为研究区,以甲苯有机污染物为研究对象,考虑了淋滤、吸附的影响,采用模型计算方法,分析了甲苯在污染场地土壤地下水中迁移规律。结果表明：甲苯在土壤地下水中迁移过程中,淋滤作用对甲苯浓度变化影响显著;吸附影响下扩散作用及地下水位变化对甲苯迁移产生的影响均受到抑制。该文获得的甲苯在土壤地下水中迁移规律可为甲苯有机污染物污染场地修复提供依据。     

某石化污染场地含水层自然降解BTEX能力评估

地下水污染问题是国家关注的重要环境问题之一,监测与评估含水层自然降解污染物能力是防治地下水污染的基本手段,也是国外地下水中修复技术研究热点课题。以华北平原某石油化工类场地为案例,通过调查场地水文地质条件、土壤及地下水污染现状,监测场地地下水中苯系物(BTEX)浓度及相关化学参数变化,运用微生物水文地球化学方法和水文地质方法,估算了该场地含水层自然降解苯系物量。这一研究成果为评估我国石油类场地地下水污染的自然修复能力提供了实证和基础数据。     

地下水VOCs污染修复技术探讨

污染物事故性排放、工矿企业搬迁后遗留的污染场地修复面临各种问题,给地下水资源的使用带来严重威胁。地下水VOCs污染,具有易扩散迁移、毒性高、风险大的特点,修复难度较高。本文结合典型深层地下水修复案例,充分分析场地地质背景、水文地质条件等,根据污染物的特性、污染范围和分布特征,探讨各种修复技术的修复机理、修复对象和技术特点,针对VOCs污染修复进行性能比较及适用性分析。同时通过两个阶段的试验综合研究,原位和异位技术相结合,为开展类似地下水VOCs污染修复实践和管理提供了依据和思路。     

Assessment of natural attenuation of aromatic hydrocarbons in groundwater near a former manufactured-gas plant, South Carolina, USA

 Shallow, anaerobic groundwater near a former manufactured-gas plant (MGP) in Charleston, South Carolina, USA, contains mono- and polycyclic aromatic hydrocarbons (MAHs and PAHs, respectively). Between 1994 and 1997, a combination of field, laboratory, and numerical-flow and transport-model investigations were made to assess natural attenuation processes affecting MAH and PAH distributions. This assessment included determination of adsorption coefficients (K _ad ) and first-order biodegradation rate constants (K _bio ) using aquifer material from the MGP site and adjacent properties. Naphthalene adsorption (K _ad =1.35×10^–7 m³/mg) to aquifer sediments was higher than toluene adsorption (K _ad =9.34×10^–10 m³/mg), suggesting preferential toluene transport relative to naphthalene. However, toluene and benzene distributions measured in January 1994 were smaller than the naphthalene distribution. This scenario can be explained, in part, by the differences between biodegradation rates of the compounds. Aerobic first-order rate constants of ¹⁴C-toluene, ¹⁴C-benzene, and ¹⁴C-naphthalene degradation were similar (–0.84, –0.03, and 0.88 day^–1, respectively), but anaerobic rate constants were higher for toluene and benzene (–0.002 and –0.00014 day^–1, respectively) than for naphthalene (–0.000046 day^–1). Both areal and cross-sectional numerical simulations were used to test the hypothesis suggested by these rate differences that MAH compounds will be contained relative to PAHs. Predictive simulations indicated that the distributions of toluene and benzene reach steady-state conditions before groundwater flow lines discharge to an adjacent surface-water body, but do discharge low concentrations of naphthalene. Numerical predictions were "audited" by measuring concentrations of naphthalene, toluene, and benzene at the site in early 1997. Measured naphthalene and toluene concentrations were substantially reduced and the areal extent of contamination smaller than was both observed in January 1994 and predicted for 1997. Measured 1997 benzene concentrations and distribution were shown to be relatively unchanged from those measured in 1994, and similar to predictions for 1997. Received: 26 June 1997 · Accepted: 25 August 1997     

地下水污染场地风险管理与修复技术筛选

国际上对于地下水污染场地的控制与修复研究已经取得了许多成果,已有成功的修复实例。我国虽然起步晚,但非常重视地下水污染的防治,开展了全国范围的地下水污染调查,并进行了地下水污染的防治规划。地下水污染的控制与修复已经逐渐进入示范性研究阶段。面对地下水污染场地风险管理的不同方法,以及众多的污染修复技术,如何制定风险管理策略,如何在各种各样的修复技术中筛选合适的技术或技术组合,对于地下水污染场地的防治具有非常重要的意义。笔者分析了发达国家地下水污染风险管理策略,结合在地下水污染场地研究方面的经验,对一些主要的地下水污染修复技术进行了分析论述,提出了考虑污染物特征、场地水文地质条件的地下水污染修复技术的筛选过程和方法。     

Evaluation of remedial alternatives for a petroleum contaminated unconfined aquifer with fluctuating groundwater level

This study evaluated remedial alternatives for a petroleum-contaminated site where an unconfined aquifer composed of a sandy layer of about 3–3.5 m thickness is covered by alluvial deposits and reclaimed soil of about 1.5 m thickness. Precambrian gneiss, of low permeability, lies below the sandy layer. The shallow water table is about 3 m below the surface, but shows high fluctuations of up to 1.5 m in response to precipitation events. The unsaturated soil near the water table and the groundwater are highly contaminated with petroleum hydrocarbons, especially toluene, which have apparently leaked from storage tanks. Selection of the remedial alternatives required consideration of the relevant laws on soil and groundwater conservation in Korea, the results of risk analysis and the hydrogeological conditions. The contaminated area has been divided into zones in which different remediation goals are set based on risk analysis and the degree of natural attenuation. It is estimated that the clean-up goal can be achieved in two years by the combined use of a trench drain and well point pumping to collect the contaminated groundwater for treatment, and a dual air injection system for the contaminated soil.     

Containment of groundwater pollution (methyl tertiary butyl ether and benzene) to protect a drinking-water production site in Belgium

The subsurface migration of methyl tertiary butyl ether (MTBE) and benzene towards a drinking-water production site in Belgium was monitored for 9 years. A large gasoline spill at a nearby fuel station had caused a 500-m long and 50-m-wide pollution plume of MTBE (10?30 mg/L) and benzene (2?10 mg/L). In order to prevent any intrusion of pollutants into the drinking-water supply, a conceptual model was used to design a pump-and-treat system that intercepted the gasoline-contaminated groundwater emanating from the spill. The contaminated soil in the spill zone was excavated. A numerical mass transport model was developed to evaluate the ongoing plume containment. The model describes the subsurface MTBE migration and was regularly updated, based on groundwater monitoring data and the measured mass of MTBE extracted with the pump-and-treat system. With continued interception pumping, the MTBE plume can be remediated in 14 years. Without it, MTBE and benzene concentrations up to 600 μg/L could have reached the drinking-water production site and the plume would persist for 9 years longer. Source zone treatment combined with plume interception pumping is a suitable risk-based remediation strategy for the containment of MTBE and benzene groundwater pollution.