LNAPL 污染场地治理概述、污染物的迁徙与分布

随着石油化工工业的发展，大量的有机物经由各种途径进入地下环境系统，造成生态环境的严重破坏。今天主要带大家了解一下石油类有机污染物进入土壤水环境系统的其中一种形态--轻质非水相流体（LNAPL）。

什么是轻质非水相流体？

LNAPL: Light, nonaqueous-phase liquid

LNAPL 污染质是不溶于水的有机化合物，并且比水要轻 （密度 < 1.0 g/cm3)，所以叫轻质非水相流体。

它从哪里来？

因为它主要存在于原油、汽油、柴油等油类物质中。所以LNAPL的污染的主要来源自炼油厂、加油站、或者储油设施的油类泄漏。在国内，LNAPL的主要来源是石油烃类污染物。

为什么我们要关注它？

当LNAPL被释放，它可以向下和横向迁移，由此产生的LNAPL分布取决于土壤的特性，非水相流体特性和LNAPL的释放量。

我们为什么要关注它？有三点说明。

1.因为LNAPL的泄漏不仅会造成地下水和土壤污染，同时石油类挥发性气体侵入室内，对室内空气也会造成污染。

2.由于LNAPL污质的特殊性质，它会浮在地下水的面上，在地下形成气-LNAPL-水三相体系。因此，地下水中的LNAPL污染的研究具有其特殊性，增加了对污染场地评估的难度。如果污染场地长期得不到治理，会严重影响生态和增加污染物转移和扩散的风险。

3.根据美国的环境法规，执法部门要求污染者对其造成的LNAPL污染进行处理和对其汇报。根据执法部门的要求，LNAPL清除要确保最大程度地减少LNAPL的扩散，以保护人类健康和环境为目标。

LNAPL修复过程和概念模型的演变

△LNAPL修复过程和概念模型的演变

LNAPL管理是包含现场评估、监测、LNAPL概念性场地模型开发、相关问题识别、验证以及修复技术选择的应用过程。

LNAPL概念模型的初步开发和持续改进对于识别和修复LNAPL污染场地非常关键。上图是LNAPL修复过程和LNAPL概念模型的演变, 图中记录了LNAPL概念模型的逐步演变，每一个概念模型阶段的具体目的。

LNAPL的迁移与分布

△LNAPL的迁移与分布

LNAPL渗入地下，它可以同时横向或者纵向的转移，直到接触到地下水。少量的LNAPL泄露会相对固定的残留在土壤的孔隙之中，而大量的LNAPL泄露更可能在土壤中留下固定残留之后，再迁移到地下水层。

构成LNAPL的成分和化学品的组成部分可能会随着时间的推移通过各种挥发，吸附和溶解的方式减少。如果没有减少，LNAPL的污染物质本身可以形成一个长期污染源对邻近的土壤，土壤气体和地下水造成二次污染。

LNAPL污染物的形成和初步分布

△LNAPL污染物的形成和初步分布

当大量的LNAPL释放，将在重力影响下通过可渗透通道（例如，土壤的裂缝）垂直向下移动，最终到达地下水。在LNAPL通过土壤向下移动时，土壤的分层，地下土层的不均匀分布有可能导致LNAPL的不规则和复杂的横向发展和停留在土壤层面。LNAPL一旦到达地下水，由于其密度较低，与水不相溶，LNAPL会先聚集并以径向方式横向扩散。

在足够的水头压力下，LNAPL会有效地挤压地下水位，并垂直向下持续迁移，直至到达平衡状态。在LNAPL泄漏停止后，LNAPL的区域范围会在短时间内持续扩展，并最终达到稳定状态。上图中表现了LNAPL释放的概念描述和LNAPL机构的初始稳定性的形成。

典型的LNAPL体的多相系统

△土层中和监测井（a-e）内观察到的LNAPL的模型

LNAPL污染质主体的地下迁移也可以用LNAPL饱和度来进行部分表征，LNAPL饱和度的定义为LNAPL所占孔隙总体积的百分比。LNAPL体是一种多相体系，其中孔隙中间包含不同数量的LNAPL、地下水和气体。

一般而言，LNAPL污染质体所占据的空间主要由水组成，其次是较少量的LNAPL，其中最小的部分的孔隙空间由气体占据。如图上所示，LNAPL污染体内的LNAPL饱和度通常远低于100%。

监测井中的LNAPL

△LNAPL的厚度和地下水高度的时间关系

如果在采样点检测到LNAPL的存在，则表示LNAPL在监测点附近有存在潜在的流动性，但是并不意味着LNAPL正在迁移。

在LNAPL污染源停止泄露后，LNAPL在地下分布达到平衡状态。但是地下水位波动会引起LNAPL的重新分布，如上图，在一个先下降后上升的地下水位波动情况下，LNAPL部分会在水位升高时顺着水位向上移动，但是这些上升的LNAPL一部分会在水位下降时被孔隙束缚。因此，LNAPL的垂直分布产生了变化。

LNAPL的分布演变

△LNAPL的分布演变

如上图所示， 在泄漏初期，LNAPL污染质形成了一个明显的梯度。随着LNAPL的持续泄漏，梯度渐渐减弱，随着时间的推移与地下水层梯度相似。

最上面的图说明了泄漏停止前，LNAPL的分布状况。LNAPL会持续横向迁移直到泄漏停止，中间的图说明了泄漏停止后，LNAPL的分布情况。LNAPL在监测井中聚集，但是不再横向移动。底部的图说明了LNAPL处于残留饱和状态。除非地下水位下降，LNAPL不会再聚集井中，地下水位下降会使被困在地下水下的LNAPL流入井中。

LNAPL的指标

1 地下水

△LNAPL的潜在指标

如果在石油泄漏场地，怀疑有LNAPL的污染存在，但是LNAPL并没有被直接观察到的，判断LNAPL是否存在需要更多的证据来证明。

通过监测井来监测LNAPL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LNAPL，可以假设周围的含水层存在LNAPL。然而，如果在监测井中没有观测到LNAPL，该情况无法作为土壤中没有LNAPL的证据。

同样，在对污染场地进行修复之后，如果监测井中的LNAPL消失，并不能由此断定周围地下土层中不含LNAPL。LNAPL还可能存在于土壤的孔隙中，但是它的饱和度不足以使其横迁到监测井中。

2 土壤

△土壤和地下水介质中可能指向LNAPL污染的可能指标

LNAPL回收率和回收量

1 LNAPL回收率和回收量随着时间的转移

△蓝色代表LNAPL的回收率

红色代表LNAPL的回收量

LNAPL修复处理通常被称为“渐近”，因为速率不断下降，但从未达到零。衰减曲线已用于说明具有强大数据集的优化回收系统。上图提供了真实修复数据的图表，其中修复以高速率开始并随着时间的推移而下降。

2  LNAPL回收率与累计回收量的关系

△回收率（Y轴）与累积回收量（X轴）

可以看到，曲线成下降趋势，通过曲线与X轴相交点表示最终回收量预计约为3700加仑。虽然LNAPL可能仍然存在于井中，但从数据可以看出，LNAPL的持续回收率不会向过去那样好，所以如果需要持续进行场地修复，那么可能需要运用其他的修复技术。