我所地下環(huán)境污染修復擾動效應研究獲新進展
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，其原位修復理論方法的研究已成為地學領(lǐng)域重點關(guān)注的問題。一般認為修復機制與效率首先取決于污染場地客觀環(huán)境條件，已有修復研究也大多從研究區(qū)初始條件對修復過程的影響出發(fā)，特別是當修復效率與預期效果、模型模擬值與實測值存在差距時，人們習慣地將其原因歸結(jié)為場地固有環(huán)境參數(shù)的異質(zhì)性或不確定性。事實上，不僅是場地環(huán)境特征影響修復工程的設(shè)計與運行，修復過程也會反過來改變地下環(huán)境物理-化學-生物界面特征，二者之間存在密切的“激勵”-“響應”關(guān)系，這就意味著污染修復過程的環(huán)境參數(shù)不再固定于初始狀態(tài)、而是在擾動作用下發(fā)生動態(tài)演變，因此，基于場地參數(shù)固有初始值的模型計算結(jié)果也必然偏離真實情況，進而誤導對其修復機制的理解。
我所水文水資源學科組范偉博士與我所客座研究員、英國Cardiff大學楊悅鎖博士合作，針對目前世界上應用最廣泛的地下水污染原位修復Air Sparging和Soil Vapor Extraction技術(shù)，從修復機制與環(huán)境特征的互饋關(guān)系出發(fā)，綜合開展室內(nèi)模擬實驗和野外污染場地修復工程研究，研究發(fā)現(xiàn)修復過程中水-固-氣多相驅(qū)替將引起地下流場和溫度場階段式響應、多孔介質(zhì)粒度/孔隙度/滲透系數(shù)分異、無機碳平衡遷移和氧化還原改變等水文地球化學演化以及地下水微生物群落活性變化，在此基礎(chǔ)上，該研究提出了復雜多相流模型的水流驅(qū)替量簡易替代算法，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)合水文地球化學模擬計算，量化揭示了修復過程帶來的上述環(huán)境擾動效應，并分析評估了擾動帶來的環(huán)境參數(shù)變異對污染修復過程的反饋影響。與傳統(tǒng)研究側(cè)重關(guān)注外部環(huán)境條件對修復過程的影響不同，這一新興領(lǐng)域的探討從污染修復活動與地下環(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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