我所地下環(huán)境污染修復(fù)擾動(dòng)效應(yīng)研究獲新進(jìn)展
地下水土污染是全球水安全、生態(tài)安全與人類健康安全的重大威脅，其原位修復(fù)理論方法的研究已成為地學(xué)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。一般認(rèn)為修復(fù)機(jī)制與效率首先取決于污染場(chǎng)地客觀環(huán)境條件，已有修復(fù)研究也大多從研究區(qū)初始條件對(duì)修復(fù)過(guò)程的影響出發(fā)，特別是當(dāng)修復(fù)效率與預(yù)期效果、模型模擬值與實(shí)測(cè)值存在差距時(shí)，人們習(xí)慣地將其原因歸結(jié)為場(chǎng)地固有環(huán)境參數(shù)的異質(zhì)性或不確定性。事實(shí)上，不僅是場(chǎng)地環(huán)境特征影響修復(fù)工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行，修復(fù)過(guò)程也會(huì)反過(guò)來(lái)改變地下環(huán)境物理-化學(xué)-生物界面特征，二者之間存在密切的“激勵(lì)”-“響應(yīng)”關(guān)系，這就意味著污染修復(fù)過(guò)程的環(huán)境參數(shù)不再固定于初始狀態(tài)、而是在擾動(dòng)作用下發(fā)生動(dòng)態(tài)演變，因此，基于場(chǎng)地參數(shù)固有初始值的模型計(jì)算結(jié)果也必然偏離真實(shí)情況，進(jìn)而誤導(dǎo)對(duì)其修復(fù)機(jī)制的理解。
我所水文水資源學(xué)科組范偉博士與我所客座研究員、英國(guó)Cardiff大學(xué)楊悅鎖博士合作，針對(duì)目前世界上應(yīng)用最廣泛的地下水污染原位修復(fù)Air Sparging和Soil Vapor Extraction技術(shù)，從修復(fù)機(jī)制與環(huán)境特征的互饋關(guān)系出發(fā)，綜合開(kāi)展室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和野外污染場(chǎng)地修復(fù)工程研究，研究發(fā)現(xiàn)修復(fù)過(guò)程中水-固-氣多相驅(qū)替將引起地下流場(chǎng)和溫度場(chǎng)階段式響應(yīng)、多孔介質(zhì)粒度/孔隙度/滲透系數(shù)分異、無(wú)機(jī)碳平衡遷移和氧化還原改變等水文地球化學(xué)演化以及地下水微生物群落活性變化，在此基礎(chǔ)上，該研究提出了復(fù)雜多相流模型的水流驅(qū)替量簡(jiǎn)易替代算法，構(gòu)建了水氣二相滲流和介質(zhì)孔隙度變化耦合模型，結(jié)合水文地球化學(xué)模擬計(jì)算，量化揭示了修復(fù)過(guò)程帶來(lái)的上述環(huán)境擾動(dòng)效應(yīng)，并分析評(píng)估了擾動(dòng)帶來(lái)的環(huán)境參數(shù)變異對(duì)污染修復(fù)過(guò)程的反饋影響。與傳統(tǒng)研究側(cè)重關(guān)注外部環(huán)境條件對(duì)修復(fù)過(guò)程的影響不同，這一新興領(lǐng)域的探討從污染修復(fù)活動(dòng)與地下環(huán)境相互反饋的新視角出發(fā)，取得了一些全新的理解。相關(guān)成果發(fā)表在Chemosphere、WASP等雜志上。
[1] W. Fan. Y. S. Yang, Y. Lu, X. Q. Du, G. X. Zhang. Hydrogeo-chemical impacts of air sparging remediation on a semi-confined aquifer: Evidences from field monitoring and modeling. Chemosphere, 2013, (90): 1419-1426.
[2] Ying. Lu, Wei Fan, Y. S. Yang, X. Q. Du, G. X. Zhang. Mathematical Modeling of Differentiation Processes in Porous Media During Soil Vapor Extraction (SVE) Remediation of Contaminated Soil/Water. Water, Air, & Soil Pollution, 2013, (224): 1491-1498.
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