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。     

地下水苯系物微生物降解及其碳同位素标记

微生物降解是地下水中有机物自然衰减评估的关键,单体稳定同位素是一种有效的评估方法。在对某油罐泄露场地地下水流场识别的基础上,刻画不同地下水中污染物、微生物及电子受体特征,发现随着与污染源水力联系的减弱,污染物浓度明显减小,微生物群落结构和电子受体氧化还原作用类型与源相似的程度也逐渐减弱,呈现出“污染源-下游源区-下游污染羽-上游源区-侧翼污染羽”的空间变化规律。甲苯、间/对二甲苯碳的同位素标记结果发现,降解程度“侧翼污染羽﹥下游污染羽﹥下游源区”,与电子受体表征降解量的排序相反;该场地微生物降解符合一般化学反应“勒沙特列原理”:污染物浓度越高,降解量越大,但降解程度相对减小。     

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。     

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。     

考虑污染物扩散风险的场地地下水污染多层次风险评估方法

地下水中污染物具有迁移性和扩散性,会对下游敏感受体造成威胁,目前场地地下水风险评估主要关注人体健康风险,还未能综合考虑地下水污染的整体风险,尤其是忽视了污染物迁移引起的对下游敏感受体的风险。本研究基于“源-径-汇”模型构建了考虑污染物扩散风险的场地地下水污染风险评估的指标体系与风险评估模式。在指标体系构建方面,重点考虑场地地下水的污染源、迁移路径和敏感受体3个方面。在风险评估模式方面,根据场地不同地下水污染状态开展3个层次的风险评估。基于假想的铬污染场地开展了案例分析,设置了地下水污染状态的4种情景,利用Wexler溶质运移模型计算了地下水污染羽的时空变化,并针对地下水污染的不同层次开展了风险评估。结果表明,在场地地下水污染羽未到达场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为4.0,6.2,分别属于低风险与中风险。在场地地下水污染羽到达或超出场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为7.0,8.8,分别属于中风险与高风险。综合而言,本研究构建的方法能够用来对场地地下水进行系统全面的评估和对比,能够根据风险结果对污染场地进行有效的分级管控,为污染场地的风险管控提供技术支撑。     

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。     

某地下水有机污染场地污染源识别及自然降解研究

有机污染场地常受到多种污染源共同作用。如何快速、准确的识别这些污染源及其污染贡献程度,从而达到对污染治理有的放矢,是修复中需要解决的问题。文章以某化工厂排污渗坑为研究对象,运用多元统计分析方法,对研究区地下水样进行分析。依据分析结果判断,初步识别出研究区污染源分为石油污染、环境面源污染及渗坑污染源污染三种。结合典型电子受体空间分布信息,初步判断研究区发生以锰、铁、硫酸根还原为主的氧化还原自然衰减作用。     

化工区地下水污染预测研究与评价方法探讨

本文介绍了运用溶质迁移模型预测化工区地下水质污染和用统计模型预测化工区区域井水污染,为制定一个防治地下水污染的整体规划提出了科学依据,对控制现有的污染程度和范围有重要的意义。     

污染场地地下水调查布点及样品采集技术研究

地下水监测井布点和采样,是地下水污染调查的重要部分。由于污染场地的规模较小和其特殊性,很多区域地下水污染普查的方法并不完全适用于污染场地。本文结合地下水的分布及运动特征,从全面性、系统性、代表性、可行性、经济性五方面,阐述污染场地地下水调查布点应遵循的基本原则。同时,通过探讨国内外地下水采样的规范和要求,总结出适用于我国污染场地的地下水采样技术。     

棕地地下水污染修复技术筛选方法研究——以某废弃化工厂污染场地为例

科学合理的地下水污染修复技术筛选方法对于有效修复受污染地下水体、节约修复工程成本、保护地下水资源、维护生态系统安全和人体健康具有重要意义。以某化工厂遗址早期排污渗坑为目标污染源,在结合水文地质勘查和地下水人体健康风险评价的基础上确定场地受污染地下水修复目标污染物,根据污染物迁移性、降解性、人体健康风险等指标及抽出处理、化学修复、生物修复、渗透反应格栅等地下水污染修复技术特点,使用偏好顺序结构评估法(PROMETHEE)进行修复技术筛选。结果显示,该场地地下水中主要污染物为1,2-二氯乙烷、1,4-二氯苯等有机污染物,其中1,2-二氯乙烷在呼吸吸入条件下的最大致癌风险达9.54×10-7。化学清除、监测自然衰减等四项技术适用于该场地地下水1,2-二氯乙烷修复,化学清除法综合排序分值最高,而在成本优先控制条件下,监测自然衰减技术更为适宜。研究对于我国场地地下水污染调查评估及修复工作具有积极的参考意义。     

某Cr(Ⅵ)污染场地修复的PRB反应材料及结构设计研究

渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)在国外被广泛应用于场地尺度的地下水污染修复,因其无须外源动力、不占地面空间、运行成本低等优势在国内受到广泛关注。不同场地水文地质条件、污染物类型、污染羽分布具有差异性,前期场地调查、反应材料的筛选、反应墙尺寸结构的设计对于PRB的有效运行至关重要。本文以PRB修复河南某Cr(Ⅵ)污染场地为例,详细阐述场地调查、材料筛选、材料反应参数确定、PRB结构优化等方面的研究过程及成果,可为后续PRB修复技术的应用提供参考。研究结果表明:PRB修复技术适用于该场地,铸铁与活性炭混合材料为最佳修复材料;反应门长40 m(反应材料厚2 m,上下游分别为2 m厚砾石层),东西两侧隔水墙长为60 m的U型漏斗-门系统型PRB,可有效捕获并修复污染羽,工程成本远低于连续反应墙式PRB,为该场地修复最优PRB结构类型。     

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。     

南水北调水回灌对地下水环境的影响研究

为研究南水北调水回灌对地下水环境的影响,探讨区域地下水污染修复技术,建立区域尺度的地下水溶质运移模型,运用地下水数值模拟模型,预测和分析了在永定河河道仅使用南水北调水和南水北调水与本地水混合补给地下水两种模式下,研究区内地下水中硝酸盐氮20年内的变化趋势。结果显示,通过永定河河道回补地下水对研究区地下水起到极大的改善作用,其中部分地区硝酸盐氮浓度降低71.2%;使用南水北调水回补20年后,研究区北部的改善效果是南部的12.3~14.2倍,表明水文地质条件是区域性地下水污染修复的关键因素之一。     

某Cr（Ⅵ）污染场地修复的PRB反应材料及结构设计研究

渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)在国外被广泛应用于场地尺度的地下水污染修复,因其无须外源动力、不占地面空间、运行成本低等优势在国内受到广泛关注。不同场地水文地质条件、污染物类型、污染羽分布具有差异性,前期场地调查、反应材料的筛选、反应墙尺寸结构的设计对于PRB的有效运行至关重要。本文以PRB修复河南某Cr(Ⅵ)污染场地为例,详细阐述场地调查、材料筛选、材料反应参数确定、PRB结构优化等方面的研究过程及成果,可为后续PRB修复技术的应用提供参考。研究结果表明:PRB修复技术适用于该场地,铸铁与活性炭混合材料为最佳修复材料;反应门长40m(反应材料厚2m,上下游分别为2m厚砾石层),东西两侧隔水墙长为60m的U型漏斗门系统型PRB,可有效捕获并修复污染羽,工程成本远低于连续反应墙式PRB,为该场地修复最优PRB结构类型。     

北方某废弃矿区地下水污染帷幕注浆应急处置研究

随着我国煤炭资源的枯竭,大量矿山关闭,遗留了广大的地下采空区场地。不少化工企业向废弃矿井内倾倒化学废液等导致了矿区地下水污染事故,威胁地下水水源地的水源安全。针对此类复杂场地条件下污染事故的应急处置案例和经验都非常少,本文以北方某废弃矿区地下水污染注浆帷幕应急处置为例,通过对矿区地质条件的分析、地下空间结构和地下水流场的刻画,构建三维地质模型,以模型为基础设计帷幕注浆工程并实施,研究复杂场地条件下开展帷幕注浆应急处置的重要内容和决定因素,并利用场地地下水样品监测结果,分析研究帷幕内外污染物浓度分布特征及差异,找出地下水运移规律,评价注浆帷幕效果。研究表明：在事故井周边100 m范围实施的帷幕注浆工程,对污染物运移的封堵效果显著,帷幕注浆内外污染物含量差距明显。一期检测结果显示帷幕注浆范围内地下水中二氯甲烷浓度最高1390 μg/L,帷幕范围外最高浓度仅为8. 07 μg/L;二期检测结果为污染物检出浓度大于5 μg/L的区域全部位于帷幕范围内,帷幕范围外均未检出。同时污染物的分布特征指示着地下水沿巷道运移成为最主要的形式,对地下空间结构的精准刻画是决定帷幕注浆工程成效的重要因素。     

城市生活垃圾填埋场污染风险评价

本文是在系统调查和收集各类资料的基础上,根据垃圾场地固有的防污性能和垃圾场与地下水水源保护区间的关系进行综合评价,垃圾场地内在风险采用灰色聚类法进行评价。垃圾场地下水污染风险评价可以为地下水污染防治和修复提供技术支持。     

产出水识别及受污染地下水水化学和氢氧稳定同位素特征

识别地下水污染来源、认识受该类污染源污染的地下水化学特征是地下水污染防治工作的重中之重。产出水作为石油、天然气工业的废水，具有组分复杂、危害性大的特点。针对受产出水污染的地下水研究较少，受污染地下水的特征以及识别该污染源的方法尚不明确的问题，笔者以延安某地下水污染场地为研究区，利用水文地球化学和氢氧稳定同位素的方法探讨受产出水污染的地下水的水化学和同位素特征，并通过对比地下水和油层水的钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和碳酸盐平衡系数对产出水进行识别。研究结果表明，该区域受产出水污染的地下水表现为高TDS和贫化的氢氧稳定同位素特征；其水化学类型以Cl-Na型、Cl-Mg·Ca·Na型为主，且随着受产出水影响程度降低，地下水由Cl-Na型转化为Cl-Mg·Ca·Na型，再到HCO₃·SO₄-Na·Ca·Mg型；离子比例关系较正常地下水混乱，无线性规律；受产出水污染的地下水的钠氯系数、氯镁系数、脱硫系数和碳酸盐平衡系数大小均在长6油层水的范围内，表明判断油气成藏条件的相关参数可以用来识别产出水污染。该研究探讨了受产出水污染的地下水的水化学特征和氢氧稳定...     

太原市区域地下水水质浅析和污染防治建议

水是生命之源。在收集相关资料的基础上,根据水文地质现状,采集了28个点的35组水样。对太原市区域地下水进行水质分析和初步水质评价,浅析水质污染特征及原因,提出了地下水污染防治建议。     

开封市垃圾场污染物运移模拟与控制

在对开封市某典型垃圾场进行野外调查的基础上,应用Visual Modflow建立了该垃圾场污染场地的水流和溶质运移耦合模型并进行数值模拟预测,预测了20年后该污染场地垃圾渗滤液污染羽运移范围、途径及方式等特点。模拟了应用防渗墙和抽水井两种方式控制地下水污染的措施和方案,并利用计算机模型对污染控制的效果进行了模拟分析。模拟结果表明,模拟初期污染羽覆盖了3个抽水井,污染羽前缘距离村庄688 m。模拟20年后污染羽已经覆盖了7个抽水井,其中浓度超标井有3口,污染羽前缘距离村庄605 m。建议在加强污染物监测的同时协助开展其他的污染控制措施,进一步控制污染羽的扩散。     

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。