地下水有機(jī)物和重金屬遷移與污染修復(fù)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、地下水污染帶來的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)安全已受到人們的極大關(guān)注。2011年10月10日國務(wù)院正式批復(fù)了《全國地下水污染防治規(guī)劃(2011-2020)》，這是我國地下水污染防治的第一部綱領(lǐng)性文件，標(biāo)志著地下水這一戰(zhàn)略資源的污染防治工作已經(jīng)納入國家層面的決策?？v觀當(dāng)前地下水污染狀況，非水相重質(zhì)液體(Dense Non-Aqueous Phase Liquids, DNAPLs)、非水相輕質(zhì)液體(Light Non-Aqueous Phase L

2、iquids, LNAPLs)和重金屬類污染物已經(jīng)成為目前地下水污染控制的重中之重，于是選取了四氯乙烯、苯、六價(jià)鉻作為本文的研究對象。此外，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成了研究地下水污染物遷移與修復(fù)過程的重要工具。因此，用數(shù)值模擬研究這三種污染物在地下水中的遷移規(guī)律與修復(fù)方案的制定，具有非常重要的科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　基于本課題組多年來地下水污染修復(fù)試驗(yàn)之上，以地下水?dāng)?shù)值模擬軟件應(yīng)該堅(jiān)持自主開發(fā)與引進(jìn)相結(jié)合為

3、原則，利用美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)開發(fā)的MODFLOW-2005和美國阿拉巴馬大學(xué)(UA)Prof. Chunmiao Zheng開發(fā)的MT3DMS源程序代碼，開發(fā)了能實(shí)現(xiàn)多組分一級(jí)母-子連鎖反應(yīng)，多元莫諾動(dòng)力學(xué)反應(yīng)，重金屬吸附和化學(xué)淤堵作用的計(jì)算模擬程序，主要研究成果如下。
　　針對以鐵粉與微生物群落組合(FeMB)為反應(yīng)材料的多級(jí)PRB(Permeable Reactive Barrier)修復(fù)四氯乙烯(PCE)污染含水層的

4、過程，建立了多組分一級(jí)母-子連鎖反應(yīng)模型，開發(fā)相應(yīng)程序。
　　結(jié)果表明；
　　(1)質(zhì)量轉(zhuǎn)化系數(shù)對PCE由非水相向水相的轉(zhuǎn)化過程非常重要，直接影響到非水相PCE污染源的存在時(shí)間和水相中PCE的濃度峰值；
　　(2)FeMB作PRB反應(yīng)材料的生物化學(xué)降解作用在PCE的去除過程中起主導(dǎo)性作用；
　　(3)2級(jí)PRB的修復(fù)效果與1級(jí)相比，濃度峰值降低了37％；3級(jí)與2級(jí)相比，濃度峰值又降低了36%，因此在污染修復(fù)過程中

5、出現(xiàn)中間產(chǎn)物時(shí)，多級(jí)PRB是一種可行的修復(fù)技術(shù)；
　　(4)在地下水修復(fù)過程中，反應(yīng)材料降解性能衰減和滲透性的減小直接影響最終的修復(fù)效果，應(yīng)引起足夠的重視。
　　針對緩慢注氧(Slow-release Oxygen Source,SOS)或 PRB緩慢釋氧(Oxygen-Releasing Compounds,ORC)技術(shù)修復(fù)苯污染含水層的過程，建立苯、溶解氧和微生物的多元莫諾動(dòng)力學(xué)反應(yīng)模型，開發(fā)相應(yīng)程序。
　　結(jié)果表

6、明:
　　(1)注氧井離污染源越近有助于達(dá)到更好的修復(fù)效果，充足的溶解氧能夠加速微生物的生長過程，使更多的苯在微生物生長過程中被消耗掉；
　　(2)汽油的飽和度直接決定著其在非飽和帶的垂向遷移速度，大部分汽油都被非飽和帶所截留，給土壤和近地表生態(tài)環(huán)境帶來了潛在的危害；
　　(3)PRB釋氧速率15mg/L的方案使苯的濃度峰值在處理前后下降了80%，飽和帶中苯污染羽主要集中于近地下水面附近，PRB設(shè)計(jì)過程中應(yīng)予以充分地考

7、慮；
　　(4)緩慢注氧(SOS)技術(shù)和PRB緩慢釋氧(ORC)技術(shù)是很好的補(bǔ)充地下水中溶解氧的方式。
　　針對六價(jià)鉻(Cr6+)柱實(shí)驗(yàn)，采用遺傳算法開發(fā)了吸附參數(shù)反演模型，然后以改性殼聚糖(PEG-CTS＃5)為吸附劑設(shè)計(jì)了PRB的最佳尺寸結(jié)構(gòu)。
　　結(jié)果表明;
　　(1)以MODFLOW/MT3DMS為工具，根據(jù)六價(jià)鉻濃度0.1mg/L的污染羽范圍設(shè)計(jì)PRB尺寸的方法是可行的；
　　(2)PEG-CTS

8、＃5應(yīng)該是一種潛在吸附六價(jià)鉻的材料，但該材料遇水后膨脹進(jìn)而影響反應(yīng)區(qū)的滲透性，應(yīng)引起足夠的重視；
　　(3)彌散度在橫向和垂向上的增大將使PRB厚度減小，長度和深度增加，介質(zhì)彌散度的異質(zhì)性對PRB的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。
　　針對地下水修復(fù)過程中的化學(xué)淤堵現(xiàn)象，建立了由二價(jià)鐵離子(Fe2+)引起的輻射集水井化學(xué)淤堵模型，開發(fā)相應(yīng)程序。
　　結(jié)果表明:
　　(1)建立的輻射集水井出水量模型是可行的，就輻射井的水平集水管而言