论文部分内容阅读
极大多数氯代烃类有机化合物毒性较高,易于富集,极易对人体造成伤害,甚至具有致癌、致畸、致突变作用。我国改革开放以来,工矿企业不断崛起使得氯代烃作为一种化工、工艺制造的原材料被大批量使用,然而由于一些企业生产工艺以及排污方式不恰当,致使大量的氯代烃类化合物进入地下水系统,污染地下水质,危害人类生命。因此对地下水氯代烃污染进行控制修复早已变得刻不容缓。本论文以某市东部城区为研究区域,该区域内集中分布众多的化学化工、制造、钢铁等企业,在其工艺制造中使用的氯代烃通过不同途径进入地下水系统裂隙岩溶水含水层,裂隙岩溶水污染极其严重,针对该研究区域进行地下水氯代烃污染水力控制模拟研究,可为地下水氯代烃的污染控制、修复以及地下水资源保护提供基础资料依据。本论文在调查分析研究区域地质构造、水文地质、气象水文以及各类工矿企业生产工艺等基本条件的基础上,采集各点地下水样,检测地下水氯代烃浓度,解析地下水氯代烃污染源,分析研究裂隙岩溶水含水层氯代烃分布规律以及典型氯代烃污染物分布特征;采用软件Visual MODFLOW中的MODFLOW-96模块创建地下水流模型,使用MT3DMS模块建造溶质运移模型,预测地下水氯代烃污染的运移趋势;以地下水典型氯代烃污染物四氯化碳(CCl4)为主要控制对象,将数值模拟与抽水井优化相耦合,在水流模型和溶质运移模型的基础上运用MGO优化模块建立抽出-处理技术修复方法,优化抽水井方案,明确最优抽水井位置、抽水量。本论文取得如下研究成果:(1)地下水氯代烃污染源解析。使用绝对主成分分析法将地下水氯代烃污染源解析为四种:化工类,其地下水氯代烃代表污染物包含顺1,2-二氯乙烯(C2H2Cl2)、二氯甲烷(CH2Cl2)、四氯化碳(CCl4)、反1,2-二氯乙烯(C2H2Cl2)、三氯甲烷(CHCl3)等,对地下水氯代烃污染的贡献率为50.81%;农药类,其地下水氯代烃代表污染物包括1,2,3-三氯丙烷(C3H5Cl3)、氯苯(C6H5Cl)等,对地下水氯代烃污染的贡献率为8.1%;机电类,其地下水氯代烃代表污染物包括1,1,1-三氯乙烷(C2H3Cl3)、三氯乙烯(C2HCl3)、四氯乙烯(C2Cl4)等,对地下水氯代烃污染的贡献率为18.5%;化纤类,其地下水氯代烃代表污染物包括1,1-二氯乙烯(C2H2Cl2)、1,2-二氯乙烷(C2H4Cl2)等,对地下水氯代烃污染的贡献率为12.62%。(2)地下水氯代烃污染物分布特征。分析检测出十三种地下水氯代烃污染物,其中四氯化碳(CCl4)、三氯乙烯(C2HCl3)和四氯乙烯(C2Cl4)的含量均已超标。选取四氯化碳(CCl4)和三氯甲烷(CHCl3)作为研究区域地下水典型氯代烃污染物,利用ArcGIS10.2绘制两者在枯水期、平水期、丰水期的污染空间分布图,得出研究区DW断裂以东四氯化碳污染羽集中分布于ZF、LJZ、PJY、JG村附近,四氯化碳浓度最高值30.2μg/L,位于LJZ村以南某化工厂附近,在DW断裂以西四氯化碳污染羽主要分布于NW和SFZ村附近,四氯化碳浓度在6μg/L以下;研究区地下水中三氯甲烷浓度年内总体的检出率为69.77%,其浓度范围在1.52~23.7μg/L间,其检出率相对较高,但未超标,DW断裂以东三氯甲烷污染羽集中分布在LJZ、PJY、JG、JX村附近,在DW断裂以西三氯甲烷污染羽主要分布于NWZ村附近,地下水中三氯甲烷污染浓度空间分布与四氯化碳污染浓度空间分布相类似。(3)裂隙岩溶水氯代烃污染机理。研究区奥陶系灰岩裸露区,氯代烃污染物直接渗入裂隙岩溶水含水层,随地下水径流由南向北运移,导致裂隙岩溶水氯代烃污染;研究区裂隙岩溶水开采产生地下水水位降落漏斗,使得被氯代烃污染的孔隙水进入裂隙岩溶水含水层,导致裂隙岩溶水氯代烃污染。(4)地下水流模型建立。利用Visual MODFLOW软件中的MODFLOW-96模块构建了研究区地下水流模型,地下水流系统概化为非均质各向异性三维流。地下水流场以及观测井地下水位拟合效果表明,模拟状况良好,模拟结果合理。(5)溶质运移模型建立。以地下水流模型为基础,运用Visual MODFLOW软件中的MT3DMS模块,以2018年4月的地下水四氯化碳(CCl4)浓度分布为初始浓度场进行溶质运移模拟,四氯化碳(CCl4)在含水层运移过程中发生了吸附作用及降解作用,其污染浓度与污染分布范围逐年递减,但通过地下水自然衰减作用使得研究区地下水中四氯化碳浓度值降到标准值以下,其过程非常缓慢。(6)地下水氯代烃水力控制优化方案。以地下水流模型和溶质运移模型为基础,用Visual MODFLOW软件中的MGO模块,以四氯化碳为例,设计地下水氯代烃污染控制的抽出-处理体系,通过改变其地下水流场,进行水力控制优化。针对研究区水文地质条件,采用恒定抽水量方式进行抽水井优化,抽水井布设为4眼且治理时间为1250天时,抽水总量最小,最优井位位于四氯化碳污染羽中轴线上且靠近四氯化碳污染中心处,抽水井井位的安设与污染羽的分布有关,与抽水井的数目无直接关系。