潜水含水层隔水底板中TCE-DNAPL的自然衰减机制研究
批准号:
42072275
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
刘菲
依托单位:
学科分类:
水文地质学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘菲
中文摘要
以三氯乙烯(TCE)为代表的氯代烃是地下水有机污染的重要类型,隔水层中TCE-DNAPL的反向扩散引是决定含水层污染羽存续时间的关键,是地下水污染防治和风险管理的难点。本研究以隔水层低渗透介质中的TCE-DNAPL为研究对象,利用高精度超声扫描、micro-CT和激光共聚焦扫描显微镜精细刻画低渗透介质的物理结构和TCE-DNAPL的分布特征;在此基础上进行低渗透介质中TCE-DNAPL反向扩散的动力学研究,厘清吸附控制的反向扩散动力学机理;通过TCE及其降解产物、多维同位素、水化学和水环境因子综合数据解析,探明低渗透介质中TCE-DNAPL生物降解的过程机理,提出自然衰减的判断依据,建立TCE-DNAPL及其降解产物的解吸-反向扩散-生物降解多步耦合动力学方程,形成自然衰减量化评估模型并进行场地验证,从微观分布特征、反向扩散和生物降解角度揭示隔水层中TCE-DNAPL的自然衰减机制。
英文摘要
Chlorinated solvent contaminants, represented by trichloroethene (TCE), are important contaminants of concern in groundwater. The persistence of contaminant plumes mainly depends on the back diffusion rate of TCE-DNAPL from the low permeability region to higher permeability aquifer. Therefore, understanding the back diffusion process is the main difficulty and key point of groundwater contaminant prevention and risk management. In this study, high-resolution ultrasound scanner, micro-CT and laser confocal scanning microscope will be used to well characterize the physical structure of the low permeability media and the distribution characteristics of TCE-DNAPL. The kinetics of TCE-DNAPL back diffusion from the low permeability media to the higher permeability zone will be studied, to clarify the mechanism of adsorption controlled back diffusion kinetics. The comprehensive studies of TCE and its degradation products, multidimensional isotopes, water chemistry, and water environmental factors will be conducted to identify the mechanism of TCE-DNAPL biodegradation in the low permeability media and to propose the criterion for evaluating the natural attenuation. In addition, the multi-step kinetic equation, including desorption, back diffusion, and biodegradation of TCE-DNAPL and its degradation products will be established. The quantitative assessment model for the natural attenuation will be built and applied to the field site for verification. The project will provide a comprehensive understanding of the natural attenuation mechanism of TCE-DNAPL in the unconfined aquifer by investigating micro-distribution characteristics, back diffusion, and biodegradation.
本项目主要针对潜水含水层隔水底板中 TCE-DNAPL 分布规律、反向扩散动力学过程、微生物还原机制进行研究,利用砂箱实验研究了高-低渗透带渗透性差异与低渗透带微观孔隙结构对反向扩散的影响,渗透性差异越大反向扩散越困难。通过分析低渗透透镜体的孔喉结构特征,研究了孔隙连通性与孔喉形态复杂性对反向扩散的影响,低渗透透镜体的特征喉道半径的平方和喉道长度的比值与扩散通量呈现良好的指数关系,TCE的滞留百分比与孔隙半径和形状因子的平方根呈良好的对数关系。并利用微流控实验,探讨了孔隙尺度下地下水动力学与水化学因素对反向扩散的影响,通过批实验与砂箱实验研究了强化高-低渗透带之间TCE反向扩散的方法。受钻探和采样方法的限制,为了研究低渗透介质中TCE-DNAPL的分布特征,首先利用Micro-CT精细表征砂箱实验中低渗透透镜体的物理结构,在此基础上利用微流控可视化技术研究了TCE-DNAPL在低渗透结构中的分布规律,解析了TCE-DNAPL在不同渗透性介质中的差异性分布模式。利用批实验进一步探究了隔水层中TCE的吸附解吸-生物降解及其耦合动力学过程,探讨了低渗透带中生物还原发生条件,发现低渗透介质类型将影响平衡吸附量,解吸平衡时间以及生物还原速率,耦合体系中蒙脱石和微生物对TCE的吸附表现为协同作用,而高岭石和微生物之间表现为拮抗作用,微生物会延长解吸平衡时间。基于低渗透介质中TCE-DNAPL生物还原降解和反向扩散的动力学过程研究,构建低渗透带TCE吸附-降解-反向扩散的耦合概念模型,设计实验参数,获取隔水层中TCE-DNAPL自然衰减发生生物降解和反向扩散的限制条件,揭示自然衰减的机制,建立低渗透带中TCE-DNAPL自然衰减量化评估模型,并对砂箱实验尺度下TCE反向扩散模型的应用与参数校正。本研究为量化潜水含水层隔水底板中 TCE-DNAPL 自然衰减和预测含水层 TCE 污染羽的存续时间提供理论支撑,为 TCE的污染风险管控提供理论依据和技术方法。
含水层中铁氧化物-Fe(II)非均相化学还原TCE的非生物自然衰减机制
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批准号:42277050
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项目类别:面上项目
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资助金额:55万元
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批准年份:2022
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负责人:刘菲
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依托单位:
典型抗生素对地下水系统中反硝化过程的影响机理研究
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批准号:41731282
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项目类别:重点项目
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资助金额:271.0万元
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批准年份:2017
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负责人:刘菲
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依托单位:
纳米零价铁在含水层中的腐蚀过程与产物演化对三氯乙烯去除的影响机理研究
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批准号:41572229
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项目类别:面上项目
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资助金额:56.0万元
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批准年份:2015
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负责人:刘菲
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依托单位:
地下水中高氯酸盐的化学还原强化生物修复机理研究
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批准号:41272268
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项目类别:面上项目
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资助金额:76.0万元
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批准年份:2012
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负责人:刘菲
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依托单位:
地下水氯代有机溶剂污染源区的化学-生物修复机理研究
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批准号:40972162
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.0万元
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批准年份:2009
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负责人:刘菲
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依托单位:
地下水中单环芳烃和氯代有机溶剂混合污染羽的化学生物联合处理技术研究
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批准号:40572146
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项目类别:面上项目
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资助金额:38.0万元
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批准年份:2005
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负责人:刘菲
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依托单位:
国内基金
海外基金