非平衡条件下三氯乙烯在土壤中气相运移机理研究

Organic contamination has been one of the main worrying environmental problems in our country nowadays, but to the contrary of urgent desire for remediation of it, the theory to guide the remediation and practice is significantly inadequate. In this study, the gas-phase’s relocation diffusion rule and its mechanism of trichloroethylene, which is the common pollutant in chlorohydrocarbon contaminated site, in soil, are studied under multiphase’s nonequilibrium condition caused by dynamic change of soil moisture and temperature applying experiments, such as two-dimension sandbox experiments and leaching experiment, and interdisciplinary theory of dispersion or diffusion kinetic, porous media fluid mechanics, thermodynamics and hydrogeology, and using mathematics and simulation software as the tool of kinetic analysis. The prospective research results will give necessary scientific guidance for the survey and remediation of volatile organic chemcials (VOCs) contaminated site, especially for the applying of soil vapor extraction (SVE) or recombination of heat and SVE, which utilize the gas volatilization and migration to remediate the pollution and have good application prospect.

有机污染已成为我国主要环境问题之一。基于我国有机污染修复需求迫切、理论指导与技术实践严重不足的现状，针对利用有机物气相挥发运移这一物化性质达到修复目的的原位气相抽提或热-抽联合等较有应用前景的修复技术，考虑环境条件变化及其引起的多相非平衡状态，从该非平衡状态下的气相输出信息入手，选择氯代烃污染场地中常见的三氯乙烯（TCE）为研究对象，采用二维砂箱实验、淋滤实验等多种实验方法，在已研发的基于弥散平衡的挥发性有机污染土壤气体取样方法基础上，研究TCE在土壤水分、温度等主要影响因素动态变化条件下的气相迁移扩散规律，并应用弥/扩散动力学、多孔介质流体力学、热动力学及水文地质学等多学科交叉理论，以数学与数值模拟软件为技术手段进行动力学分析，揭示该两大因素动态变化引起的非平衡条件下TCE在土壤中气相迁移扩散的动力机制，为VOCs污染场地调查与修复技术实践提供科学指导。

本研究旨在通过典型氯代烃污染物在土壤水分、温度等主要影响因素动态变化条件下的气相迁移扩散规律研究，揭示其在非平衡条件下土壤中的气相迁移扩散的动力机制，以为VOCs污染场地调查与修复技术实践提供科学指导。基于此目标，开展了天然降雨条件下土壤水分变化驱动下的非平衡土壤环境中四氯乙烯的气相运移规律研究和基于弥散平衡原理的VOCs污染土壤气体取样方法完善研究；通过低温加热对土壤有机碳和土壤通气性影响的柱实验研究，揭示了低温加热对气相抽提修复VOCs污染的低渗透性土壤的强化机制。. 降雨导致的土壤水分变化驱动下的非平衡土壤环境中四氯乙烯的气相运移规律研究结果表明，四氯乙烯在土壤中的多相运移与水分运移不同步，且其气相运移速率要大于固相，在降雨引起的土壤水分动力驱动下其运移速率明显加快。这说明挥发性有机污染物在土壤中的运移并不仅仅受水分运移的驱动，还受其自身挥发特性的控制，气相挥发是其在孔隙介质中运移扩散的重要形式，且气相扩散速率要较固相运移速率大，这会导致土壤中气相分布范围大于固相分布范围。该项成果将能够为VOCs污染场地快速调查和准确获取污染空间分布提供科学指导。. 土壤热重结果分析表明，180℃以下加热20h以内对土壤有机碳基本无影响，这与用烘干加热法的实验结果一致；但240℃以上加热20h内会有土壤有机碳的损失，将240、300℃温度下均恒温6h后的热重损失作为有机碳损失，240、300℃温度下恒温20h时的有机碳含量将分别降低0.062%、0.073%，有机碳损失率分别约为36.47%、42.94%。低温加热对土壤有机碳含量的影响是其对挥发性有机污染土壤气相抽提的强化机制之一，对该机制的认识能够为VOCs污染的热强化气相抽提修复实施提供指导。