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LNAPL及DNAPL污染场地特征与调查方法

北极星环境修复网  来源:上格瑞迈    2019/9/16 17:24:43  我要投稿  
所属频道: 环境修复  关键词:LNAPL 污染场地 非水相液体

北极星环境修复网讯:释义:存在于地下环境中不与水发生混合的液体,这种液体通常称为非水相液体(nonaqueous phase liquids,NAPLs)。其中密度比水小的叫做轻质非水相液体(light non-aqueous phase liquids),密度比水大的叫做重质非水相液体(densenon-aqueous phase liquids)。

一、LNAPL和DNAPL的污染来源及种类

工业场地的土壤污染具有多样性和复杂性等特征,污染物的种类繁多,不同污染物进入到土壤和地下水中存在不同的形态,其中难溶于水的有机污染物进入地下水环境中,当浓度超过溶解度时,就可能会形成NAPLs。

污染物可以通过跑冒滴漏、管道破损、地下储罐和地上储罐泄漏释放到地下。泄漏出来的液体主要通过重力向下迁移,穿过地下水位以上的包气带。由于DNAPLs比水重,会穿过饱和带迁移到地下水位以下的隔水层顶部形成污染物的聚积,LNAPLs则会漂浮在地下水面上。LNAPLs迁移受到地下水流方向的影响,在水流方向的下游形成污染羽。而DNAPLs还受隔水层顶板倾斜方向和裂隙的影响,受重力作用向低处及裂隙中继续迁移。

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LNAPLs一般有石油烃类、苯系物等,常见于加油站、炼油厂、石油化工企业等涉及到油类使用和储存的场地,主要来源是汽油、柴油、原油等油类物质。

DNAPLs一般为含氯有机溶剂、煤焦油等,因为含氯有机溶剂为良好的除脂剂,所以DNAPLs污染通常发生于大量使用含氯有机溶剂的工厂,如电子工厂、电子零件清洗、化学工厂、化工产品制造、印染厂涂料调配、杀虫剂制造厂及商业干洗、家庭装饰使用的废溶剂等。常见的DNAPLs主要有以下几类:

●卤代烷烃(1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳)

●卤代烯烃

◆1,1-二氯乙烯

◆顺-1,2-二氯乙烯

◆反-1,2-二氯乙烯

◆顺-1,3-二氯丙烯

◆反-1,3-二氯丙烯

◆四氯乙烯

◆三氯乙烯

●卤代芳烃(氯苯类)●多氯联苯(PCB)●混合物(煤焦油、木榴油、重油)●其它(苯胺)

二、LNAPL和DNAPL的污染分布特征

NAPLs会以4种形式存在于土壤和地下水中:溶解相、残余相、蒸气相及自由相。


NAPLs随着在包气带的入渗,在垂向运移的路径中留下残余,用残余饱和度表示。由于土壤毛细作用以及低渗透带的影响,污染物还会发生侧向扩散。当污染物遇到隔水层时,会形成污染物的聚积,这个聚积层将成为二次污染源,不断污染地下水。一部分挥发的污染物还会向上形成污染物气体羽。污染物继续下渗到达土壤饱和带,在饱和带中为三相系统:水相固相非水相。由于DNAPLs比水重,除形成残留带以外,会穿过饱和带迁移到地下水位以下,从而污染地下水。当遇到低渗透带时,污染物同样会发生侧向迁移。进入地下水位的少部分溶解,大部分继续迁移,最终会在地下水位以下的隔水层形成污染物的聚积。

LNAPLs则会漂浮在地下水面上。LNAPLs迁移还受到地下水流方向的影响,在水流方向的下游方向将会形成重污染区。而DNAPLs的迁移更多是受重力和地层性质的影响,同时也会受到毛细管力和流体动压的共同作用,其中地下水流(或流体动压)影响相对较小。

NPALs在地下介质中的运移行为受以下几个因素影响:

(1) NAPLs本身的性质: 如密度、粘滞系数、对水溶解度、分解速度、亨利常数及扩散系数等, 都会影响NAPLs土壤和地下水的污染范围及危害速度。

(2) 介质物理化学特性: 如介质类型、土壤含水量、土壤吸附作用、土壤温度、比重、孔隙率、有机质含量、渗透率等。

对于滞留的NAPLs聚积体或残留于非饱和带的NAPLs,地下水位的上升和下降均会造成污染物的进一步扩散和再分布(修复难度增加)。降雨淋滤可以直接将土体中残留的带入地下水中。

三、NAPLs场地调查方法

由于LNAPLs和DNAPLs具有不同的污染分布特征,在污染场地调查需要采取不同的策略和手段。LNAPLs一般在毛细带聚集,调查取样过程中对地下水位附近的土壤和地下水应予以关注。DNAPLs由于还会向下迁移,并可能在含水层底板处聚集,调查深度应直到含水层底板位置。

NAPLs的调查手段一般可通过:

(1)土壤地下水取样

在地下水监测井中使用油水界面仪可以测量LNAPLs油层的厚度。通过监测井来监测LNAPLs存在是其中一种途径,但并不能作为评估的唯一检测工具。如果在一处监测井中发现LNAPLs,可以假设周围的含水层存在LNAPLs。然而,如果在监测井中没有观测到LNAPLs,该情况无法作为土壤中没有LNAPLs的证据。

通过分析NAPLs在地下水中的浓度或通过视觉与嗅觉辨认NAPLs是否存在。若地下水中污染物浓度超过该物质纯态溶解度的 1%时,通常可以认为NAPLs很可能存在。

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(2)MIP(膜界面传感器)

通过直推钻探设备采用连续性的非扰动性钻法,组配不同的附属设备,可现场进行采样监测、分析检测、NAPLs侦测等工作。该技术的潜力在于可在钻杆上装置不同的附属设备,以达到侦测 DNAPLs位置的目的。

相比于传统采样分析,该技术节省了时间与经费,可建立地下污染物的三维分布状况,但不适用于大面积污染,仅为定性与半定量侦测,仍需与传统采样分析实验配合来提供精确调查结果。

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(3)地球物理调查

地球物理技术是利用地下介质间不同物理性质的差异和相应的物探仪器来实现特异性标体探测目的的一种方法,可利用的地下介质物理性质包括电性、磁性、弹性、密度、放射性等。该技术包括电阻率法、自然电位法、激发极化法、地震波法、探地雷达、重磁、放射性等方法。目前应用于地下污染探测和监测的地球物理技术包括直流电阻率法探地雷达法(GPR)、地震法等,该方法具有原位、快速和连续监测的优点,可应用于地表和井问探测,适用范围广。其中电阻率法一直被认为是进行地下环境污染探测与监测的最有效方法之一,但是由于地下介质的复杂性与污染物的特殊性,应用该方法对于地下污染的探测和监测能力以及存在的问题还有待探讨。

四、修复治理措施讨论

LNAPLs一般先进行自由相的回收,来减少LNAPLs的质量,如通过泵吸、油水分离、表面活性剂增溶,逐渐去除LNAPLs,使其饱和度降低至残余饱和状态。当LNAPLs的饱和度降低后,污染物的迁移也会得到一定的控制,再可通过化学氧化、地下水抽出处理、热脱附、气相抽提、监测自然衰减等手段来对残余的LNAPLs进行去除,达到修复目标。

由于DNAPLs的密度比水大, 其污染范围并不受地下水流向所限制, 因此在污染场址调查及治理修复上, DNAPLs较LNAPLs更困难。

(1) 低粘滞性(低于10-3 Pa · s)及低界面张力有助于DNAPLs在地下介质中运移。

(2) 高挥发性使得DNAPLs易以气相存在非饱和带中。

(3) 低水溶性, 不易以抽取处理技术(pump-and-treat methods)整治。

(4) 相较于饮用水标准的高溶解度.(饮用水标准是以ppb级度量, 而DNAPL的溶解度是以ppm度量)。

(5) 低生物降解性。

DNAPLs污染场地的复杂性,在修复时需根据污染物的理化特征和场地的水文地质特征,制定有针对性的修复策略,还要考虑如何防止污染物的进一步迁移和扩散。

原标题:LNAPL及DNAPL污染场地特征与调查方法

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