旱区多环芳烃在地表-地下水系统传输的动力学过程研究

Migration and transformation of Polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs） in the environment, especially in the water environment has become the hot and difficult problems of the international researches on groundwater pollution prevention and protection. The transfer process of PAHs in the surface-groundwater system was proven an important way to reveal the behavior and improved the transforming simulation accuracy. Based on the Blown-sand Region where is the main area of oil exploitation and selected PAHs as the typical pollutant of petroleum, the study will carry out in situ testing, physical modeling and numerical simulation, combines the behavior characteristics of organic pollutants which included convection-diffusion, adsorption-desorption, distribution and degradation and establish a transmission dynamics model of PAHs in the surface-groundwater system. The model gives full consideration to the interface dynamics and couples the two systems which include surface-vadose zone and vadose zone-groundwater. The results can identify the migration and transformation in the surface-groundwater system. Further more it will be a theoretical basis for further study of the organic pollutants migration and achieve the harmonious development of economy and environment of Northern Shaanxi Energy and Chemical Base.

多环芳烃在环境中，特别是水环境中的迁移转化和归宿已成为当前国际地下水污染防治与保护研究的热点与难点，而揭示多环芳烃在地表-地下水系统不同界面传输过程是探明其迁移转化规律和提高预测环境归趋准确性的重要途径。本研究拟以石油开采为主的能源基地陕北风沙滩地区作为研究区，以石油类污染物多环芳烃为典型污染质，采用原位测试、室内物理模拟与数值模拟相结合的方法，综合考虑有机污染物在土壤-地下水环境中的对流-弥散、吸附-解吸、分配以及降解等行为特征，从地表-地下水系统不同界面动力学角度出发，建立地表-地下水系统中多环芳烃传输动力学模型，查明多环芳烃在地表-地下水系统中的迁移转化规律，为进一步研究有机污染物迁移归宿提供的理论依据,实现陕北能源化工基地的经济与环境的和谐发展。

项目以陕北风沙滩地区作为研究区，以风积砂为典型包气带岩性，以多环芳烃-菲为典型污染质，综合考虑多环芳烃在土壤-地下水环境中的对流、弥散、吸附-解吸、自然降解以及光降解等行为特征，建立地表-地下水系统中多环芳烃传输动力学模型，查明多环芳烃在地表—地下水系统中的迁移转化规律。主要成果如下：.1、菲的吸附-解吸符合二级动力学方程，吸附速率常数0.021g/(μg•min)，解吸速率常数0.019g/(μg•min)。菲在风积砂上的吸附-解吸热力学符合Langmuir等温吸附模式，土壤的饱和吸附容量为4.785μg/g，解吸容量为2.033μg/g。菲的吸附量与pH值、粒径呈负相关；菲的吸附为放热过程，解吸是一个吸热过程。.2、风积砂中菲的降解率与生物量均随时间增长而增加，自然降解遵循一级反应动力学，降解系数为0.00571/d，半衰期为17d。降解菲的微生物为好氧微生物；微生物生长速度和底物浓度之间的关系符合Monod动力学模型，生物降解系数Ks为0.000102；氧含量、pH值、温度以及污染浓度对土壤中菲的降解具有一定的影响。.3、光降解作用是去除有机污染物的一种重要的非生物转化途径。无光照条件下，菲的浓度不因吸附和生物降解等因素发生明显变化。光降解与光照强度呈正相关。土壤中菲的光降解符合准一级反应动力学。125W光照强度下，光解速率常数为0.2806h， 半衰期为2.474h。pH对光降解影响较小，初始浓度对光降解具有抑制作用，菲在风积沙中光降解起主要作用的自由基是•O2-，其通过破坏苯环的不饱和=C-H键使其结构破坏。降解产物包括蒽、1-cyclohexene-1-carboxylic acid、 Dibutyl phthalate等。这些产物具有一定毒性，对环境和人体健康会产生威胁。.4、土柱淋滤实验表明，菲在风积砂中的迁移深度40cm。受水分运移速率、吸附-解吸、生物降解以及光降解等因素影响，土壤中污染物浓度较小。风积砂对菲具有一定的拦截能力，包气带0-10cm厚度土层对菲的截留率可以达到43％，10-20cm的截留率达到32%，菲在风积砂中的迁移能力较弱，污染物主要停留在表层土壤中。.5、模型计算表明菲在降雨蒸发条件下迁移速度较慢，受水分运移速率、吸附、挥发与降解等因素影响，土壤中污染物浓度较小，此情况在短时间内不会对地下水造成污染。