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1、污染物在土壤、地下水及粘土层中迁移转化规律研究1.污染物在土壤中迁移转化规律研究进展国外主要从有机污染物在多孔介质中机理方面进行研究,主要包括有机污染物在多孔介质中存在状态、运移方式、滞后效应、湿润性和入渗规律进行了详细的论述。Arulanandan等(1985,1988)和Cooke(1991)分别进行了饱和土与非饱和土中惰性离子扩散相似律的验证。Lenhad和Parker(1992)对控制多相流动的基本关系进行研究,并将二相饱和度—压力关系推广到三相流体的体系中去。Gurung等(1998)研究了200mg/L
2、的锌离子在饱和击实砂中的迁移特性,认为鼓型离心机可以用于模拟污染物扩散问题。Loretta等(1999)对有机污染物在土壤中随地下水的迁移过程进行了研究,通过在污染物质迁移扩散方程中添加一个源项,从而成功地反映了污染物质本身与土壤的相互作用、自身降解和化学变化等因素。Wang和Elzein(2000)分别提出了无规则污染源的污染物运移随机模型以及非均质介质中的非耦合瞬态热塑性三维模型。Duro等(2001)针对多孔介质中反应性溶质吸附为平衡吸附时的情况,建立了弥散随时间变化的污染物运移模型。Lo和张建红(2001,
3、2002)进行了饱和土与非饱和土中模型的模拟试验,研究在考虑土体对重金属镉的吸附作用时,离心机进行无机污染迁移的可行性,试验表明离心机可以用于研究对流-弥散-吸附现象。Zacharof等(2004)在考虑废弃物非均质和数据不稳定性因素的基础上,建立了微生物降解和污染物运移相耦合的随机模型。在国内,也有一些学者在实验和理论研究方面,取得了一些有意义的研究成果。阎先良(1993)通过室内淋滤实验,研究了污染物在粉质轻亚粘土和中砂中的积累、运移规律。王超(1997)在分析氮物质迁移过程的基础上,借助于土柱物理模型试验装置
4、,试验研究了氮类污染物在土壤中的迁移转化规律。王亚男、王凯荣、陈英旭等(2001,2002,2003)研究了磷在土壤中的迁移转化机理,对含磷污水淋滤条件下土壤中磷迁移转化进行了模拟实验,分析了磷在土壤中迁移转化的规律。应用培养法和土柱法分别研究了钒和磷在两种美国耕地土壤中的竞争吸附与迁移特征,通过原状土柱淋洗试验研究了运河疏浚底泥土地投放后磷在土层中的分布规律。李景印等(2002)对磁河有机污染物在饱和土壤中的迁移行为进行了试验研究,通过静态吸附、静态降解和动态土柱试验,研究了磁河废水中有机污染物在土壤饱水条件下的
5、迁移转化行为。在理论研究方面,阮晓红等(1996)通过室内土柱实验,建立了一维饱和土壤层中氮迁移的预测模型。王超等(1996)在分析水分及污染物在土壤中迁移物转化规律的基础上,建立了水分及污染物迁移的耦合数学模型。采用有限差分法离散水分方程和污染浓度方程,得到了数值计算模型。胡永梅、许秀元、胡枭、徐建等(1998,1999,2002)介绍了研究土壤中有机污染物迁移行为的各种方法,分析了影响有机污染物在土壤中的迁移、转化行为的因素,讨论了土壤和地下水中污染物和溶质迁移的主要模型,并对模型的结构作了一定的阐述。王红旗等
6、(2003)根据污水土地处理条件下磷的迁移转化模拟试验,提出了定量模拟磷在土壤中迁移转化的联合模型,在传统的溶质运动模型基础上添加化学转化项形成了具有磷的反应特点的溶质运动模型。2.污染物在土壤非饱和带迁移转化规律研究进展近年来,国外对污染物在土壤非饱和带中迁移转化的研究相当重视,把它作为研究地下水污染问题的突破口。80年代初期,美国、英国等西方国家,在研究非饱和带水分运动的基础上,开始研究污染物在非饱和带土壤中的迁移规律。通过大量的室内及野外土柱试验,确定了非饱和带垂向一维弥散系数和衰减系数,试验的示踪剂大都采用
7、的是盐类或保守性物质。此后,随着研究工作的深入,逐步开始研究重金属在非饱和带的迁移转化规律,考虑土壤液相和固相浓度的分配系数,并借助于Henry、Freundlich和Langmuir的等温吸附模式来表示液相和固相浓度吸附和解吸的关系,现又在研究非平衡吸附和解吸问题。在弥散系数方面,Pickens和Grisak(1981)又将恒定常数提高扩展为随时空变化的动态参数。在土壤介质体方面,由结构不变的刚性体,发展为研究可变的介质体;由均质土壤研究到分层土壤;在土壤水分运动方面,由非饱和带的平均孔隙水流发展到研究可动水体和
8、不可动水体,并综合考虑水、气、污染物及土壤4者之间相互作用关系。在数学模型求解方面也在不断发展,由非饱和带的简单解析解发展到复杂因素的数值解,求解的初始条件和边界条件也在不断改进,使之更加接近于污染物迁移的实际情况。Faust(1985)在模拟二维有机污染物运移问题的基础上,建立了一种描述多孔介质中饱和、非饱和条件下水与另一种非溶混流体同时流动的三维流动数学
