【摘要】：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(guó)務(wù)院正式批復(fù)了《全國(guó)地下水污染防治規(guī)劃(2011-2020)》，這是我國(guó)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(guó)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 Liquids, 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(duì)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)合為原則，利用美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)開發(fā)的MODFLOW-2005和美國(guó)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)過程，使更多的苯在微生物生長(zhǎng)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(duì)六價(jià)鉻(Cr~(6+))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#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(zhǎng)度和深度增加，介質(zhì)彌散度的異質(zhì)性對(duì)PRB的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。 針對(duì)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(Fe~(2+))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，末端的出水量貢獻(xiàn)大于靠近井中心處的出水量；(2)輻射井豎井發(fā)生化學(xué)淤堵，45天后的出水量下降約10%～15%，含水層水位上升，給相關(guān)工程帶來一定的安全隱患。
【圖文】：

xhv Kx = ，yhv Ky = ，zhv Kz = 只適用于雷諾數(shù)為 1~10 的層流運(yùn)動(dòng)范圍，此區(qū)間液體的黏滯。超出這個(gè)范圍，地下水運(yùn)動(dòng)不再符合達(dá)西定律。然而，絕大都是服從達(dá)西定律的。運(yùn)動(dòng)連續(xù)性方程的建立程反映流體運(yùn)動(dòng)的質(zhì)量守恒原理，地下水運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程也反映一般情況，接下來將推導(dǎo)在各向異性的多孔介質(zhì)中地下水程。為了方便起見，取直角坐標(biāo)系的 x， y ，z 軸分別平行于系數(shù)的主方向。滲流區(qū)域內(nèi)以任意點(diǎn) P ( x , y , z )為中心取一個(gè)體積無限小的平體（表征體元），單元體各邊長(zhǎng)分別為 Δx ， Δy ， Δz ，并于坐。

上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文(1) 垂向遷移過程分析圖 4-6 給出了汽油在非飽和帶垂向遷移過程中的飽和度變化曲線。圖中顯25 天、0.5 天和 0.75 天時(shí)，汽油以均勻的速度垂向遷移，，隨后污染源泄漏繼續(xù)向下遷移，最終于第 10.9 天到達(dá)潛水面。由于汽油泄漏量相對(duì)較多水面將形成一個(gè)“圓餅”狀污染源。在非飽和帶中總液體飽和度由水相飽相飽和度構(gòu)成，其中水相飽和度保持不變，汽油相飽和度隨時(shí)間變化而越來快后慢的變化過程，這主要是由于毛細(xì)管壓力的作用所致。最終總液體飽，其中水相為 0.35，汽油相為 0.165。圖 4-7 給出了汽油在非飽和帶的垂與相應(yīng)飽和度和時(shí)間的關(guān)系曲線，可以看出在開始 0.75 天內(nèi)（即汽油泄）飽和度恒定時(shí)，汽油勻速垂向下滲，當(dāng)泄漏停止后，飽和度降低，遷移低，直至到達(dá)潛水面。由此可見，汽油在非飽和帶的垂向遷移速度與其飽同的變化規(guī)律，即飽和度決定著垂向遷移的速度。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：X523

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2641855