污染地塊土壤-地下水中DNAPL污染物遷移特點

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:在DNAPLs 污染地塊的調(diào)查評估中，通過科學(xué)的判定調(diào)查手段摸清DNAPLs 的分布特點，對于后續(xù)修復(fù)或管控方案的制定具有重要意義。

1.DNAPLs 污染的成因。

一般將密度大于1.01g·cm－3且在水中溶解度小于20g·L－1 的有機污染物稱為DNAPLs。通常，DNAPLs 發(fā)生泄漏后，會在重力作用下遷移進入土壤及地下水。若泄漏量較大，DNAPLs 可以穿過整個非飽和帶到達(dá)飽和帶，在遷移途中亦會殘留在非飽和帶土壤中。到達(dá)飽和帶的DNAPLs 會緩慢溶解于地下水并隨地下水流動而形成污染羽。由于密度比水大，DNAPLs 在飽和帶中可繼續(xù)向下遷移，但速度放緩，直至到達(dá)含水層底部。含水層底部的DNAPLs 較難發(fā)生垂向遷移，積聚后會向周邊擴散。隔水層表面“走勢”對DNAPLs 的遷移與分布至關(guān)重要。對于被DNAPLs 長期污染的地塊，污染源及污染羽中弱透水介質(zhì)內(nèi)也會富集一定數(shù)量的DNAPLs。當(dāng)?shù)叵滤腥芙庀郉NAPLs 濃度下降時，這些富集DNAPLs 的弱透水介質(zhì)會不斷通過反滲透作用向地下水中釋放污染物。

2.DNAPLs 污染的特點。

DNAPLs 進入地下環(huán)境后的行為主要包括遷移、相間分配(液相、吸附相、氣相) 及自然降解3 個方面。由于其密度大于水，DNAPLs 主要在重力作用下發(fā)生以垂向向下為主的遷移。在遷移過程中，DNAPLs 會通過溶解進入液相和揮發(fā)進入氣相而形成污染羽，污染范圍顯著擴大。對于未經(jīng)人為調(diào)控的DNAPLs 污染地塊，DNAPLs 的自然降解速度非常緩慢(如PCBs的半衰期約為40a)。在實際案例中，準(zhǔn)確掌握污染地塊的DNAPLs 分布特征有助于降低修復(fù)成本，提高修復(fù)手段的針對性，對修復(fù)方案的制定至關(guān)重要。

3.DNAPLs 的遷移。

DNAPLs 在地下的遷移主要受重力和地層性質(zhì)影響，同時也會受到毛管壓力和流體動壓的共同作用，其中地下水流( 或流體動壓) 影響相對較小。DNAPLs 和土壤水在土壤孔隙中接觸時，在兩相界面處會存在壓力差，這種壓力差稱為毛管壓力。此處的流體動壓指DNAPLs 受到與其接觸的流動地下水的作用力。當(dāng)兩者流動方向相同時，流體動壓促進DNAPLs 遷移，反之起阻礙作用。在地下非飽和帶中，DNAPLs 受重力作用向下遷移的同時也會發(fā)生橫向遷移現(xiàn)象，受毛管壓力以及地層性質(zhì)〔例如可以影響毛管進入壓力大小的土壤含水量和孔隙〕影響。DNAPLs 在向下的遷移過程中會優(yōu)先通過根孔、裂縫等較大的孔隙形成的優(yōu)勢通道，并在界面張力的作用下在通道壁形成神經(jīng)節(jié)狀殘留。若DNAPLs 泄漏量較小或地下水位較深，DNAPLs 會在遷移中被殘留相“消耗掉”，不能到達(dá)飽和帶。降雨時地下水位發(fā)生波動，部分殘留的DNAPLs 可以直接溶解進入地下水，也可通過雨水的淋溶進入地下水，造成持續(xù)污染。

穿過非飽和帶的DNAPLs 進入飽和帶后會在重力作用下繼續(xù)向下遷移。遷移中若遇到低滲透區(qū)，DNAPLs 會在其上積累并橫向遷移(遷移方向由低滲透區(qū)表面坡度方向決定)，尋找向下遷移的路徑繼續(xù)下沉。少量DNAPLs 會克服Pce 進入低滲透區(qū)內(nèi)。與在非飽和帶類似，DNAPLs 會優(yōu)先通過毛細(xì)管阻力較小的高滲透區(qū)，若泄漏量足夠大，DNAPLs 可以到達(dá)并聚集在含水層底部或遇弱透水層形成DNAPLs 池。DNAPLs 池和遷移路徑上的殘留相會緩慢溶解于地下水，持續(xù)向地下水中釋放污染物。

4.DNAPLs 的空間分布。

根據(jù)DNAPLs 在地下環(huán)境所處的位置，DNAPLs 空間分布做如下。

(1)DNAPLs 泄漏只到達(dá)非飽和帶

如圖1 所示，DNAPLs 泄漏至地表后，受到重力作用向下遷移。

由于泄漏量少，DNAPLs 大多被束縛在非飽和帶的孔隙及裂縫中。隨著地表水和雨水的淋溶，DNAPLs 中的污染物組分會不斷溶解遷移，形成污染羽。此外，DNAPLs 揮發(fā)產(chǎn)生的氣相污染物也可通過擴散作用及異重流(density flow)直接溶解進入地下水，在地下水位附近形成較淺的溶解相污染羽，或溶于降雨滲流進入地下水中。DNAPLs 揮發(fā)產(chǎn)生的氣相污染物的遷移行為見圖2。

(2)DNAPLs 穿過非飽和帶沿弱透水層遷移

如圖3 所示，泄漏量較大的DNAPLs 可穿過非飽和帶，進入飽和帶，隨后繼續(xù)向下遷移直到在隔水層或弱透水層表面形成DNAPLs 池。遷移過程中，部分DNAPLs 被毛管壓力束縛在遷移路徑中的土壤孔隙中。

DNAPLs 穿過非飽和帶在第1 含水層中形成污染羽，同時也在不連續(xù)的弱透水層表面不斷形成DNAPLs 池，溢出的DNAPLs 通過弱透水層邊緣繼續(xù)向下遷移，直至達(dá)到連續(xù)的弱透水層表面。若DNAPLs 溢出處距離污染源很遠(yuǎn)，追蹤DNAPLs 遷移路徑的難度將顯著增加。

(3)多層污染

如圖4 所示，DNAPLs 穿過非飽和帶形成了污染羽，同時也在第1 含水層底部形成DNAPLs 池。DNAPLs 池通過含水層底部的裂縫繼續(xù)向下遷移，到達(dá)第2 含水層，形成污染羽及污染池。

(4)DNAPLs 進入巖石或黏土層裂縫

如圖5 所示，DNAPLs 進入巖石或黏土層裂縫后，其遷移分布由裂縫系統(tǒng)的性質(zhì)(數(shù)量，密度，尺寸、方向等) 決定。由于裂縫可能延伸較廣，因此DNAPLs 可在連通的裂縫中發(fā)生較長距離的遷移。裂縫系統(tǒng)具有較強的不可判性，進入其中的DNAPLs 會在死端縫隙被捕獲或者殘留在遷移路徑上。殘留在死端縫隙內(nèi)及遷移路徑上DNAPLs 是治理的難點，是地下水的長期污染源。

在DNAPLs調(diào)查工作中，需注意分層監(jiān)測。監(jiān)測時應(yīng)立足于地下水，兼顧土壤，靈活運用各種調(diào)查技術(shù)，以達(dá)到摸清污染現(xiàn)狀，鎖定污染源的目的。結(jié)合DNAPLs 在地下分布特點，筆者認(rèn)為在實際調(diào)查工作中應(yīng)加強對于弱透水介質(zhì)的調(diào)查，摸清污染源分布，避免修復(fù)結(jié)束后地下水中DNAPLs 濃度反彈。在采用地球物理技術(shù)時，反演的多解性會造成的分析結(jié)果的不確定性，可通過先驗信息的約束及其他查方法結(jié)果驗證來提高調(diào)查的準(zhǔn)確度。此外，目前對于DNAPLs 在地下環(huán)境中的遷移行為研究大多忽視了時間尺度上DNAPLs 對與其接觸土壤礦物表面性質(zhì)的相互影響。在未來的研究中需關(guān)注地下孔隙、裂隙等通道表面在DNAPLs 存在的情況下，發(fā)生的性質(zhì)改變及性質(zhì)變化對DNAPLs 遷移行為的影響。

原標(biāo)題:污染地塊土壤-地下水中DNAPL污染物遷移特點