土壤中可挥发污染物抽气清除法的数值模拟

抽气清除法(SVE)是最常用的清除土壤非饱和区中可挥发污染物的方法之一。介绍和分析了该法的基本原理和工艺过程,建立了描述该法中气体渗流场、污染物相间交换以及污染物随气流场运移3个主要过程的物理模型。分别采用Galerkin法和Laplace变换Galerkin法推导了模拟气体渗流场和污染物随气流运移过程的有限元数值模型,编制了三维有限元程序,给出了1个典型的三维计算实例。     

土壤中挥发性污染物迁移转化的两区模型研究

分析了挥发性污染物在土壤中迁移转化机制以及耕作层土壤的特点,在考虑耕作层土壤大孔隙流的特点基础上,以质量守恒原理为基础,建立了挥发性污染物在土壤中迁移转化的两区数学模型,并给出了模型的数值解法。以典型的挥发性污染物为例,对其在土壤中的迁移转化的动力学行为进行分析,认为农药的挥发性以及不动水区含水率是农药在土壤中浓度分布的主要影响因素,验证了土壤中农药挥发性数学模型的应用更符合其发生机制以及所建立的两区模型的正确性。这对于预测挥发性污染物释放对环境污染的变化趋势和控制挥发性污染物对环境的污染具有重要意义,并为土壤中挥发性污染物的安全评价提供了手段。     

土壤样品中挥发性有机物的提取方法研究

挥发性有机物(VOCs)在土壤样品中残留浓度低且极易挥发,因此测定时选择合适的提取方法十分重要。文章研究优化了土壤样品中包括卤代烷烃、卤代烯烃和苯类的53种VOCs的提取方法。通过比较酸化、甲醇提取剂浓度和提取体积对土壤中挥发性有机物提取效率的影响,建立了使用4 mL 100%甲醇不酸化提取,顶空-气相色谱-质谱联用测定的分析方法,结果表明,0.10μg/g加标土壤53种VOCs的平均回收率为40.45%～119.73%,精密度(RSD,n=7)为1.26%～9.14%;1,1,2,2-四氯乙烷、三氯乙烯的回收率欠佳,主要是由于在碱性土壤条件下1,1,2,2-四氯乙烷分解造成的。该方法简便、快速,提取效果较好。但对土壤标准样品CRM 628-030进行提取,烯烃的回收率偏低,达不到给定区间浓度,且无法控制1,1,2,2-四氯乙烷的分解问题,有待于进一步研究。     

吹扫捕集-气相色谱质谱法分析土壤中54种挥发性有机污染物的方法研究

应用吹扫捕集-气相色谱质谱法分析土壤中卤代烃、氯代苯、苯系物类等54种挥发性有机物,应用选择性离子扫描（SIM）的方式进行分段扫描.与全扫描方式相比,SIM方式对土壤中多组分的定量分析更具有积极作用.采用内标法绘制校正曲线,方法检出限范围在0.20×10-9~1.20×10-9之间.基体加标回收率范围在82.0%~112.5%之间,准确度相对于全扫描的方式高出0.1~14.5个百分点.     

氮类污染物在土壤中迁移转化规律试验研究

在分析氮物质迁移过程的基础上,借助于土柱物理模型试验装置,试验研究了氮类污染物在土壤中迁移转化规律,得到了NH₄+-N、NO₃--N在土柱内的时空变化过程。在分析实测资料后,建立了考虑氮的迁移和转化的数学模型。根据实测资料和数学模型的数值解,运用最优化技术率定模型参数,参数验证结果与独立的实测值吻合良好。     

多孔介质中非水相流体运移的数值模拟

针对多孔介质中水、气和非水相流体(NAPLs)的多相流动特点,建立了非水相流体(NAPLs)污染物迁移模型,分析了非水相流体在土壤非饱和区和地下水系统中的运移规律。通过有限元数值解对轻非水相流体和重非水相流体在土壤系统中的迁移过程进行模拟,得到了污染物的时空分布特征和污染范围。计算结果表明,数值模拟方法能够合理地描述非水相流体的运移过程和污染特征。土体渗透性和污染物残余饱和度是其重要影响因素。     

土壤中微塑料的吸附迁移及老化作用对污染物环境行为的影响研究进展

微塑料(粒径小于5mm的塑料颗粒),由于其自身较强的迁移特性及对环境污染物较强的亲和力,会引发严重生态风险,受到广泛关注。微塑料可以通过地膜破损、垃圾填埋和大气沉降等方式汇集在土壤中。土壤中的微塑料不仅会向下迁移,吸附富集共存的污染物,还会在表生地球化学作用下发生老化,对环境安全造成更大的威胁。本文基于近年文献重点综述了土壤环境中微塑料的吸附迁移行为以及老化作用对污染物环境行为的影响。结果表明：①微塑料在土壤中的迁移行为受到其自身理化性质(大小、形状及官能团)及土壤环境条件的影响;②微塑料可以吸附携带外部环境污染物迁移,从而改变污染物在环境中的归宿与生物可利用性;③老化作用会改变微塑料理化性质,影响微塑料的吸附与迁移能力,加速内源污染物的释放,其中有机污染物邻苯二甲酸酯释放的浓度范围约为50.3~6660ng/g,常见重金属Pb2+的释放浓度范围约为5.1~81.4μg/g。本文建议今后应加强三方面研究工作：①不同土壤环境中多因素耦合条件下,开展微塑料与环境污染物的相互作用机制研究,特别是不同土壤介质及环境因素对污染物在微塑料上的吸附/解吸/迁移行为的影响。②通过实验模拟手段,研究环境中不同老化作用对微塑料性质和环境行为的影响。③加强微塑料内源污染物在不同环境中的释放研究,揭示老化作用对内源污染物释放行为的影响。     

土壤中污染物迁移转化规律的数值模拟研究

考虑到田间土壤的结构性以及运移其中的污染物的化学反应特征,建立了两区双点平衡/动力学吸附溶质运移模型。用拟交替显隐式有限差分格式对模型进行了离散,通过编制的相应程序,对一施药期的水田进行了模拟。研究了土壤中污染物的迁移转化规律,分析了不可动水和非平衡吸附相对浓度分布的影响。结果表明：不可动区水相和非平衡吸附相的浓度具有的滞后现象,在污染前期一定程度上起到了延缓污染作用,而在污染后期又在一定程度上加重了污染。二者的存在均对溶质的迁移转化具有重要的影响,进行数值模拟时应充分考虑二者的存在。模拟及分析结果为土壤环境质量评价提供了定量依据,同时对环境污染的治理与控制具有理论和现实意义。     

吸附对土壤水环境中有机污染物生物降解过程的影响研究

在土壤水环境系统中,吸附作用是影响有机污染物生物降解过程的主要制约因素。污染物的吸附性越强,则其存在于土壤水溶液的重量百分比就越小,生物降解可能性也就越低。本文建立了定量描述吸附作用对有机污染物在土壤颗粒内部传输过程影响的数学模型。通过模型计算发现,有机污染物的土壤-水吸附分配系数Kd越大,则其从土壤颗粒内部传输到外部水溶液的速率就越小,总的降解速率也就越低。     

菌根真菌对土壤中有机污染物的修复研究

菌根真菌是真菌与植物之间特殊的联合共生体，利用菌根真菌修复土壤，尤其是修复有机污染物污染的土壤，正成为一个崭新的研究方向。菌根真菌是土壤真菌的一种，但与土壤中放线菌和细菌等微生物相比，其对土壤中有机污染物具有更大的忍耐能力，并且能利用土壤中大多数持久性有机污染物作为碳源来获取能量。综述了近20年菌根真菌对土壤有机污染物降解研究，讨论了菌根真菌降解土壤有机污染物的可能机制，并探讨了从引入固氮菌、外源细菌两个方面对菌根调控以提高修复效果的可能性，为进一步研究菌根真菌生物降解土壤中持久性有机污染物、利用菌根植物修复有机污染土壤提供信息。     

铜离子在非饱和土中迁移的离心模型试验研究

利用土工离心机考察了铜离子泄漏后6个月至3年的时间里非饱和土中铜离子的变化和污染物的迁移机理。通过4种黏性上的离心模型试验研究，总结出铜离子在这类土体中的扩散规律。铜离子在一年内，主要受重力影响和水力梯度的作用，随渗流运移，存在一个舌状竖向扩散峰，污染范围近似呈三角形；一年后扩散范围逐渐转变为近似的正方形。竖向扩散速度高于水半向。土体密实度对铜离予的扩散有较为明显的影响，有效的击实或者碾压有助下防止污染物迁移。黏粒含量对铜离子的迁移阻碍非常迅速而且有效，黏粒含量很小的变化都会对迁移范围和速度有较大的影响。     

某石油化工场地土层挥发性有机物的污染特征

在调查华北平原一个污染年限超过35年的石油化工场地时,采用便携式仪器土层测气方法,快速、准确地测定了场地内40多个钻孔不同深度土层中挥发性有机物(VOCs)的浓度。基于对场地地质水文地质条件的认识,以及通过对大量数据的分析对比和应用空间变异分析方法,得出了对场地土层介质中VOCs污染特征的如下认识:(1)土层VOCs浓度的垂向变化可概括为污染源淋滤型、包气带扩散污染型、地下水波动带污染型和混合污染型四种污染类型;(2)在包气带砂土层和粉土层中,VOCs的扩散规律可近似用指数模型描述;(3)包气带土层中VOCs优先积聚在渗透性强的砂性土层中,砂土层中VOCs浓度是粉土层中VOCs浓度的1.5～12倍,平均3.76倍;(4)土层VOCs浓度的水平变异性表现为包气带土层的变异性要比地下水波动带土层大,且水平变异性能在25m尺度内得到充分显示;而土层VOCs浓度的垂向变异性随地而异,变化复杂,很难用统一的一个量化尺度来表征。本文对这一典型污染场地的剖析,有助于从事污染场地调查人员认识我国华北平原石油化工类场地的污染特征,并为调查与治理类似污染场地提供技术依据。     

挥发性有机污染物标准物质使用的短期稳定性评价

为对挥发性有机物标准物质的短期稳定性进行评价,选取美国ChemService公司生产的LVOC-1RPM(甲醇中54种挥发性有机污染物混合标准物质)和SS-524RPM(甲醇中4-溴氟苯和1,2-二氯苯-d4混合标准物质),将其开封后转移至2 mL带聚四氟乙烯衬盖的棕色螺口样品瓶中再密封,于-18℃避光贮存,采用气相色谱-质谱法测试各组分量值随贮存时间的变化。结果表明,在65 d内,两种标准物质各组分量值测量的标准偏差在12～60 mg/L范围内,最大相对标准偏差为2.97%(n=5),测量结果的相对不确定度小于5.39%。在置信度为95%时,χ2-检验和不确定度评定结果表明,评价方法满足标准物质稳定性检验的精密度和准确度要求;标准物质各组分量值在(2000±128)mg/L范围内时,测量的偏差不显著。在不超过标准物质的有效期内,开封后再密封的LVOC-1RPM标准物质至多可保存65 d,而SS-524RPM标准物质至少可保存65 d。     

TECHNICAL NOTE An experimental investigation of air flow patterns in saturated soils during air sparging

Air sparging is an emerging method used to remediate saturated soils and groundwater that have been contaminated with volatile organic compounds (VOCs). During air sparging, air is injected into the subsurface below the lowest known depth of contamination. Due to buoyancy, the injected air will rise through the zone of contamination. Through a variety of mechanisms, including volatilization and biodegradation, the air will serve to remove or help degrade the contaminants. The contaminant-laden air will continue to rise towards the ground surface, eventually reaching the vadose zone, where the vapours are collected and treated using a soil vapour extraction (SVE) system.Air sparging performance and ultimately contaminant removal efficiency is highly dependent on the pattern and type of subsurface air flow. This paper presents the results of a laboratory experimental study which investigated the injected air flow pattern development within an aquifer simulation apparatus. The test apparatus consisted of a tank measuring 61 cm long by 25.4 cm wide by 38.1 cm high. The apparatus was equipped with one air injection well and two vapour extracton wells. Three different soils were used to simulate different aquifer conditions, including a sand, a fine gravel and a medium gravel. Experiments were performed with different injected air pressures combined with different vacuum and groundwater flow conditions. Experiments were also conducted by injecting air into simulated shallow aquifers with different thicknesses. The air flow patterns observed were found to depend significantly on the soil type, groundwater flow conditions and system controls, including injected air pressure, flow rate and applied vacuum. © Rapid Science Ltd. 1998     

岩土工程试验研究中的若干新进展

介绍了在非饱和土、数值分析、测试技术和土工合成材料工程应用方面的成就。关于非饱和土方面,指出了加强非饱和土基本试验研究工作的紧迫性;关于数值分析方面,认为流形元法为连续和非连续变形的力学分析提供了一个统一的方法,应加强在岩体力学和土力学中的开发与应用;关于岩土力学的测试技术,需密切注意近年高新技术在岩土领域的引进和推广;对于土工合成材料,应加强机制的研究,注意在应用中掌握有关原理,最后对岩土工程研究中当前存在的问题和今后发展作了简单的评述     

Bioavailability of crops to environmental hormone Pb in soils and its remediation

Lead （Pb）, as an environmental hormone, acts as an estrogen in animal and human bodies, and its environmental pollution can result in many procreant anomalies, such as maladjustment of incretion, weakening of procreation function and descending of genital immunity. Experiments on pot-growth of paddies and corns in this study indicated that these crops did not show any macro-toxic symptoms in the observed contents of Pb added （0-4000 mg/kg） in soils. However, lead in soils can be easily absorbed by crops and accumulated in the different parts of plants. Statistical analysis showed that Pb contents in the crops are strongly positively correlated to the Pb contents in soils. In the crops, the Pb contents of roots are highest, tens to thousands of times those of straws and seeds. It is suggested that the root is a barrier of Pb absorbed by straws and seeds. Based on this fact, Pb pollution in soils can be gradually reduced by planting crops and subsequently removing the roots from the soil. This biotechnology may be used in environmental remediation, which embraces the quality of sustainable agricultural economy and a healthy environment.     

红壤酸化过程中铁铝氧化物矿物形态变化及其环境意义

铁铝矿物对土壤中有机质的稳定保持具有十分重要的作用。酸化作用的研究表明,随着浸泡时间的增加,红壤中铁铝总量降低,铝溶蚀较严重;红壤中铁铝氧化物的矿物形态变化表现为:游离态晶质铁铝氧化物大量溶出,而无定形和络合态变化不大。酸性条件下有机质溶出显著,说明除了可能发生水解作用外,游离态铁铝的溶出也起着关键性作用。此外,SEM观察也表明酸化作用引起了土壤团聚体结构的破坏。     

吹扫捕集-气相色谱/质谱联用同时测定饮用水源地水中痕量挥发性有机物

为满足饮用水源地监测要求,采用吹扫捕集-气相色谱/质谱法同时测定饮用水源地水中乙醛、环氧氯丙烷、丙烯醛、苯系物等27种挥发性有机物。实验中运用程序升温,在26 min内完成检测,采用全扫描(SCAN)方式扫描,提高了化合物的定性能力。方法检出限均低于我国饮用水源地标准限值,回收率为75.6%~111.0%。