土壤中多氯联苯迁移特征实验及数值模拟研究

论文摘要

多氯联苯（PCBs）作为电容器的浸渍剂,属于持久性有机污染物,由于其具有高毒性、远距离迁移性和生物蓄积性,对人体和生态环境系统的危害越来越受到重视,被联合国环境规划署和美国环保局列入了优先控制污染物的黑名单。根据国家要求,封存年限超过20年的PCBs废物应回取处理,而我国含PCBs电力装置的封存掩埋年限约在30年左右。通过监测和模拟分析PCBs在土壤中迁移状况,充分掌握含PCBs废弃电容器掩埋点PCBs的迁移状况和环境影响,为PCBs废物的清理提供依据。本文依托一废旧电容器掩埋场地,基于土壤水分运动特征,通过实验和数值模拟研究了PCBs在土壤中的迁移规律,预测了未来100年内PCBs的迁移状况,分析了其对周边环境的影响。在测定土壤基本性质的基础上,进行了土壤水分特征曲线和饱和渗透系数的实验,分析了研究区的水分运动特征及其与土壤质地的关系,研究了土壤非饱和渗透系数与含水率之间的关系,为掌握和模拟研究区的土壤水分运动和污染物迁移提供了水动力参数保证。基于溶质迁移理论,开展了室内土柱实验和土壤/水分配系数实验,获得了弥散系数、阻滞因子、分配系数等关键参数,研究了土壤的吸附特性,分析了PCBs在土柱中的迁移特征。建立了土壤中水分运动和污染物迁移的模型,模拟预测并分析了PCBs污染土壤未清理和清理两种情况下掩埋点PCBs迁移规律。研究结果表明,场区内土壤以粉质粘土为主,粘粒含量约在9%左右,土壤渗透系数在10-4～10-5cm/s数量级,渗透系数相对较小,吸附性能较好,对PCBs的阻滞作用大。现场PCBs取样监测表明,废弃电容器掩埋点因受人为扰动,掩埋坑内PCBs浓度变化范围较大,在0.025750mg/kg之间,高浓度集中在掩埋坑中心及偏北方向24m深度内;掩埋坑近距离100m范围内土壤PCBs含量在0.1411.481mg/kg之间。废弃电容器掩埋点附近土壤PCBs迁移模拟预测表明,整体上PCBs的迁移缓慢,100年内迁移距离不超过1m,浓度峰仅迁移了40cm,但是其峰值可降低85%以上。现场PCBs监测和模拟分析都表明:本研究区内土壤包气带中PCBs的迁移以扩散作用为主,是在浓度梯度的作用下,由高浓度向低浓度不断扩散的过程,而不是污染羽的整体扩散下移。但是土壤人为扰动造成PCBs的挥发,致使区域土壤背景中PCBs含量偏高。对污染土壤清理后,残留PCBs对周边环境基本无影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 多氯联苯的性质及生产使用情况
• 1.1.1 多氯联苯的基本性质
• 1.1.2 多氯联苯的毒性及危害
• 1.1.3 多氯联苯的生产使用情况
• 1.2 多氯联苯在土壤中的污染状况
• 1.2.1 未受直接污染土壤环境中PCBs 的状况
• 1.2.2 废旧电容器掩埋点周边PCBs 的污染状况
• 1.3 多氯联苯土壤中迁移转化的国内外研究现状
• 1.4 选题背景及研究意义
• 1.5 技术路线
• 第二章 土壤水分运动与污染物迁移机理及模型研究
• 2.1 土壤水分运动国内外研究现状
• 2.2 污染物在土壤中的迁移研究
• 2.2.1 污染物在土壤中的迁移机制
• 2.2.2 污染物在土壤中的迁移实验研究现状
• 2.2.3 土壤中污染物迁移的对流弥散模型
• 2.3 土壤中水分运动与污染物迁移的关系
• 第三章 含多氯联苯电容器掩埋区域概况及采样监测
• 3.1 掩埋区域概况
• 3.1.1 地形地貌
• 3.1.2 地质与水文地质
• 3.1.3 气候特征
• 3.1.4 掩埋坑情况介绍
• 3.2 样品采集与处理
• 3.2.1 采样类型
• 3.2.2 采样布点原则
• 3.2.3 样品采集情况及预处理方式
• 3.2.4 现场土样多氯联苯浓度测试
• 3.3 本章小结
• 第四章 土壤水分运动特性实验研究
• 4.1 土壤基本性质测定
• 4.1.1 土壤pH 值测定
• 4.1.2 土颗粒密度测定
• 4.1.3 土壤粒度分级实验
• 4.1.4 土壤含水率测定
• 4.1.5 土壤孔隙度及干容重
• 4.2 土壤水动力参数测定
• 4.2.1 土壤饱和渗透系数实验
• 4.2.2 土壤水分特征曲线实验
• 4.2.3 土壤非饱和渗透系数的计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 多氯联苯在土壤中的迁移实验研究
• 5.1 土柱模型实验
• 5.1.1 实验材料
• 5.1.2 实验装置及方法
• 5.1.3 数据处理与分析
• 5.2 多氯联苯在土壤/水中的分配系数实验（静态吸附实验）
• 5.2.1 实验材料与仪器
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 实验结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 土壤水分运动及多氯联苯迁移的数值模拟
• 6.1 土壤水分运动模拟
• 6.1.1 模拟区的选择及水分运动条件概化
• 6.1.2 水分运动数学模型
• 6.1.3 有限单元数值解
• 6.1.4 参数选取
• 6.1.5 模拟计算与结果分析
• 6.2 多氯联苯在土壤中迁移模拟
• 6.2.1 污染物迁移的数学模型
• 6.2.2 有限单元数值解
• 6.2.3 预测方案
• 6.2.4 模拟预测结果与分析
• 6.2.5 PCBs 迁移对周边环境的影响分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 有待进一步解决的问题
• 7.3 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文