有机污染场地修复过程的动态精密监测:耦合电阻率法与反应运移模型

发布者:陆昀乔发布时间:2024-01-31浏览次数:10

城市化进程的加快导致了土壤和地下水污染日益严重。据不完全统计,中国化工/农药企业关闭和搬迁遗留近千处有机类污染场地。这些污染场地造成的人体健康危害、地下水饮用安全和食品安全正引起全社会的高度关注。为了“高效低耗”地修复有机污染场地,须准确监测修复过程中场地残留污染物及修复药剂的时空分布,从而准确评估修复效果并指导掌控修复进程。因此研发定量实时监测技术对有机污染场地的精确智慧治理具有重要意义。

传统侵入式钻孔监测方法仅能提供有限的采样点信息(以点代面),难以全面反映污染物和修复剂的迁移转化动态。电阻率层析成像法Electrical Resistivity TomographyERT)能够探测有机污染修复所引起的地下水化学组分变化,且空间覆盖范围广,为污染场地的修复治理提供了一种快速、廉价、无损的监测手段。然而,ERT仅能反映修复过程中地下水化学组分变化所导致的综合平均化电性响应,无法区分和量化不同化学组分含量(例如污染物、修复剂以及降解产物)。因此ERT方法仅限于粗略的定性监测,难以用于准确定量评估修复效率。目前尚缺乏有效手段来解决ERT数据多解性的问题。

1. ERT数据多解性问题概念示意图

为解决上述问题,我院吴吉春教授团队提出了一种耦合ERT与反应运移模型实时定量监测有机污染修复过程的突破性方法。结合室内实验,以高锰酸钾氧化三氯乙烯(TrichloroetheneTCE)的原位化学修复过程为例,验证了方法的有效性。研究表明,ERT电导率数据无法刻画修复过程中具体某一组分(如高锰酸根)的时空演化;反应运移模型能够为化学反应条件下ERT电导率数据的解译提供物理规律的约束,以区分不同化学组分的电信号,从而破解ERT的多解性难题;耦合ERT与反应运移模型新方法可准确监测并预测污染修复过程中各化学组分(包括高锰酸根、污染物TCE、产物Cl)的时空分布。该耦合技术如同为有机污染场地修复管理提供了精准的“监测导航系统”,能够准确捕捉修复过程中各种化学组分的迁移行为,从而实现污染场地的精确修复与智慧管理。

2. 图文摘要

上述研究成果以Real-time monitoring of in situ chemical oxidation (ISCO) of dissolved TCE by integrating electrical resistivity tomography and reactive transport modeling为题,发表于水环境领域国际权威期刊Water Research(自然指数期刊)。博士研究生韩正为论文第一作者,康学远博士和吴吉春教授为共同通讯作者。合作者包括美国科罗拉多矿业学院Kamini Singha教授、南京大学施小清教授。该研究得到国家自然科学基金的资助。

论文信息:

Han, Z., Kang, X.*, Singha, K., Wu, J.*, Shi, X., (2024). Real-time monitoring of in situ chemical oxidation (ISCO) of dissolved TCE by integrating electrical resistivity tomography and reactive transport modeling. Water Research, 252, 121195. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121195