地下低渗透性介质中有机污染物去除机理研究

The groundwater organic pollution in China is very severe, so it is very important to study the remediation technologies. There are many groundwater pollution remediation methods in the world recently, but the remediation effects are severely depend upon the permeability of the contaminated geological formation. It has been indicated by practical experiences in the developed countries that the groundwater remediation had a bad effect or even failed in the lower permeable (such as fine sand, silt etc.) or heterogeneous geological formation. The major research contents for this project are as follows: the migration and transformation mechanisms of organic pollutants in lower permeable media, the release and removal mechanisms and enhancing effects of contaminated lower permeable geological formation during the groundwater remediation process, such as in situ air sparging, thermal gas treatment, pump and treat, surfactant enhanced treatment and in situ bio-remediation. This study can provide theoretical bases for enhancing the remediation effects, and improving the remediation technologies in contaminated lower permeable formation.

我国地下水的有机污染非常严重，研究地下水有机污染的修复方法和技术至关重要。目前，国际上有许多地下水污染修复的方法和技术，但这些方法的修复效果严重依赖被污染地层介质的渗透性能，国外许多实践经验表明：在低渗透性（粉细砂、粉质、淤泥质粘土等）和非均质地层中，有机污染物的去除效果差，甚至修复技术无效。本项目研究有机污染物在地下环境低渗透性地层中的分布、迁移转化机理，为提高有机污染修复的效果奠定基础；项目通过地下水动力场、温度场、地下水化学作用、原位微生物作用来系统地研究有机污染物在低渗透性地层中的去除机理和影响因素，确定有机污染物在低渗透性地层中的“释放”机制，为有机污染物常用的修复技术（如原位空气扰动、热脱附、抽取-处理、表面活性剂强化、以及微生物修复等）的改进提供理论依据。

低渗透性介质泛指渗透系数较小、溶质迁移能力较差的地层介质，如渗透系数小于10^-4 cm/s的地层介质。多孔介质渗流理论研究的奠基人贝尔（Bear，1972，1979）指出：渗透系数小于10^-2 cm/s就可以被认为是渗透性差的含水层或弱透水层。低渗透介质及非均质地层严重影响着污染含水层修复的效果，是地下水原位修复中的国际性难题。本项目研究粉细砂、粉质粘土和粘性土等低渗透性地层中有机污染物的去除机理，对于提升常用修复技术的修复效果具有实际意义。.1.项目研究了有机污染物在地下环境低渗透性地层中的分布、迁移转化机理。研究发现：在层状非均质地层中，污染物在低渗透介质中的迁移速度很小，但污染物扩散迁移的通量密度较大。表明低渗透介质可以“储存”大量的污染物，作为污染物反向扩散的“源”。.2.研究了层状非均质和透镜体地层界面对修复剂流体（气体、液体和降解菌等）的作用机理。发现了层状非均质地层的阻截型和非阻截型界面，及其三种气流分布类型；发现了含透镜体含水层气流作用的双界面效应。揭示了修复剂“绕流”作用机制和影响条件；阐明了克服地层界面效应的强化修复机理，为修复效果的提升奠定了理论基础。.3.研发了基于表面活性剂的胶态微泡沫冲洗修复技术，能够有效强化流体在非均质含水层中的迁移，更好地进入低渗透区域，从而提升传统冲洗修复的效果。.4.采用剪切稀化流体对修复剂的粘度进行调控，使修复剂在低渗透性介质中流动时的粘度降低，促进其从高渗透介质向低渗透介质迁移，提高了污染物的去除效率。.5.构建了一种新的GFP标记结合光投射的技术方法，首次实现了在模拟体系中无扰动同时捕捉游离菌和附着菌的迁移动态，直观揭示了降解菌在含水层中的迁移机制。研究表明地下水流速、高渗透介质与低渗透介质渗透系数的级差等影响着降解菌进入低渗透地层的能力。