前沿动态重质非水相液体[DNAPL]场地污染物迁移规律

查看全部 · 发表于 2021-4-6 13:57:57

常规DNAPL化合物包括以下几种长期广泛应用于工业和商业活动中的产品，比如氯代有机溶剂、煤焦油、杂酚油、重油-例如6号燃料油产品、多氯联苯(PCBs)、农药。

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DNAPL重于水，在水中的溶解度有限并且存在变化，因此DNAPL污染相一般为在土层中的非水溶相。不同种类的DNAPL具有不同的物理和化学性质，控制着DNAPL在地下水环境的运移规律。例如，氯代有机溶剂DNAPL的溶解性较其它DNAPL高。然而，一些主要的流体和土层属性会影响DNAPL与多孔介质(或其它流体)间的相互作用并决定DNAPL的运移规律。其中一些特性是DNAPL流体固有的，而另一些特性则是通过流体与其接触的介质的相互作用产生的。

DNAPL污染场地的关键属性包括水溶性、密度、粘度、挥发性、界面张力、润湿度、残余饱和度、饱和度、相对渗透率、毛细压力。因为DNAPL的物理性质会影响其在地下环境中的迁移特征（图1），当初始污染物释放或泄漏发生后，在现场发现或存在DNAPL污染的情况下，考虑这些特征意义重大（尽管如下面所讨论的一样，许多处于后期的污染场地并不包含任何残留的DNAPL相污染物）。包括DNAPL在内的纯化合物的物理性质可以在许多文献中找到（如《DNAPL Integrated Site Characterization》, ITRC 2015）。但是一个实际场地中的DNAPL污染可能是一些化学物的混合物，其物理和化学性质与新发生的DNAPL污染或纯相组分显著不同。

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图1 ：移动相DNAPL与稳定残留相DNAPL

DNAPL的分布

在设计一个完整的场地调查表征方案的过程中，以下两点显得至关重要，一是确定不同相污染物在各种介质中的存在和分布情况，污染物的存在形式包括DNAPL、蒸汽相、溶解相、吸附相；二是理解这些污染物的分布将随着场地的周期进展而发生变化(图2)。

此外，地下环境特征控制着DNAPL、水相及气相污染物的迁移与归宿。因此，在建立或修正基于特定场地的场地概念模型(CSM)过程中，污染物分布和地下环境特征都属于重要信息。

DNAPL成分的存在代表着一个潜在的持久性污染物总量蓄积池，它可以在很长一段时间内持续释放溶解性污染物。因此，了解DNAPL污染物在地下环境中潜在赋存状态和分布对长期环境场地管理至关重要。多孔介质中多相流的科学原理控制着DNAPL的迁移，DNAPL的向下迁移很大程度上是由重力驱动的。此外，地下的岩性异质性致使地下孔隙结构和毛细管性能存在差异，DNAPL垂向迁移导致流动呈现不稳定性，在这种情况下，沿着首选通路迁移的DNAPL与其它受迁移阻碍的部分分离，呈现不同密度的分布，从而导致DNAPL分布呈高度可变性。这些变化普遍存在于地下环境介质中，即使在最初看似同质的地层中也存在这样的变化。由于DNAPL在地下环境中的赋存状态表现为高度可变，这使得DNAPL的检测具有挑战性，从而促使污染场地的调查表征方法相关技术的研发不断提高。

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图2-展示不同污染时期的污染物赋存状态与场地周期模型的关系表：

它可以作为一种表征规划工具，用于展示污染场地不同污染时期（早期、中期、后期）的特征，此模型有助于描述不同场地污染周期中污染物的相对位置，突出可能的污染物扩散方向。

关于如何确定DNAPL污染场地污染源区域的认识在过去几十年里一直在发展，随着对污染源物质范围认识的深入，人们意识到，在许多污染场地中，DNAPL可能不是污染物总量中支撑污染羽长期存在的主要因素。此外，溶解度差异极大地影响了地下环境中DNAPLs的生命周期。大多数氯代有机溶剂DNAPL污染场地可以用以下三个发展阶段来描述。

在初期（早期），DNAPL相污染占主导地位，污染物通过地质构造中流通性更强区域内的孔隙向下流动，残余的（稳定的）DNAPL相污染物在毛细力作用下被截留在孔隙内。在污染源区域，DNAPL场地演化周期的中期（污染源成熟阶段），位于土层低渗透区域和流通区域中的大部分污染物已经转化为蒸汽相、溶解相和吸收相。在DNAPL场地的后期（污染源风化、老化或经过修复），通常不会检测出DNAPL，污染物可通过土壤解吸和反向扩散作用，从低渗透介质进入高渗透介质中，因此，氯代有机溶剂可能会持续存在于流通层的溶解相中。一个已经不存在DNAPL相的后期污染场地仍被认为是一个“DNAPL污染场地”，因为DNAPL是之前的场地概念模型(CSM)的重要组成部分。

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图2 DNAPL污染源/羽发展过程

场地概念模型(CSM)中包括DNAPL污染场地演化周期和介质扩散，这对最初的污染场地特性描述和基于修复的特征描述具有重要意义。例如，低溶解度的DNAPL污染场地（如煤焦油，杂酚油污染场地）普遍存在于DNAPL污染过程的早期阶段，在这些场地中，了解DNAPL相的运移对于理解上面描述的DNAPL污染属性非常重要；高溶解度的DNAPL污染场地（如氯代有机溶剂污染场地）更可能处于污染中后期，在这些场地，DNAPL本身的运移通常并不重要，但对介质间扩散的理解是至关重要的。