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本文采用最小二乘优化法(CXTFI工程序)、时间矩方法和质量通量方法研究燃油在污染含水层的行为。应用已有的乙醇燃油(2007年)、传统燃油(2008年)和反硝化增强乙醇燃油(2010年)内在生物修复实验数据,计算BTEX在实验室含水层砂槽的相关行为参数(流速、弥散系数、阻滞系数、一级生物降解速率系数等)。研究得到以下结论:
(1)最小二乘优化法的平衡对流-弥散CDE运移模型适用于确定含水层中不反应溶质的行为参数,不平衡对流-弥散MIM运移模型适用于确定含水层中反应溶质的行为参数。时间矩方法能较好地模拟含水层砂槽中溶质浓度的出现、峰现时间和“拖尾”现象,模拟得到的溶质峰值浓度接近于实测浓度。对比CXTFI工程序和时间矩方法的模拟浓度穿透曲线和求参值,发现两种方法得到的孔隙水流速V、阻滞系数R和一级生物降解速率系数λ值较相近,而弥散系数D值相差较大。
(2)选择最小二乘优化法的求参结果作为确定C1-45监测断面处2010年、2008年和2007年实验中溶质的行为参数。孔隙水流速V大小排序为:2007(0.207m/d)>2010(0.149 m/d)>2008(0.121 m/d),这间接地说明2010年和2008年的生物修复作用强于2007年的;弥散系数D排序为:2008(0.0046 m2/d)>2007(0.0041m2/d)>2010(0.0029 m2/d),数值属于同一数量级,间接地说明弥散对三次实验中污染物浓度衰减变化差异影响不大;2010年中阻滞系数R的大小排序:m,p-X(1.40)>B(1.39)>o-X(1.35)>E(1.28)>T(1.25)>Ethanol(1.03),2008年:m,p-X(1.61)> o-X(1.51)>T(1.39)>B(1.36)>E(1.14)>Ethanol(1.05),两次实验条件对BTEX的R值影响差异在于苯和乙苯,间接地表明乙醇和硝酸盐参与BTEX的生物反应后,加剧了对苯和乙苯的阻滞运移;2010年一级生物降解速率系数λ(1/d)的大小排序为:E(0.17)>o-X(0.15)>m,p-X(0.14)>T(0.13)>B(0.06),以及2008年的大小排序为:E(0.29)>m,p-X(0.15)/T(0.15)>o-X(0.13)>B(0.10),两次实验中乙苯的λ值最大,苯最小,表明苯是最难生物降解的组分。
(3)应用质量通量方法分别对比2008年和2007年实验中乙醇、2010年和2007年实验中硝酸盐对BTEX的质量衰减影响。结合含水层砂槽实验的监测数据,以质量通量方法和一级降解模型方法计算应用实例中断面1~2和断面1~3间投注溶质的质量通量值、自然衰减速率常数和一级生物降解速率常数。2008年BTEX各组分的质量去除比例均大于2007年的,这表明乙醇抑制了BTEX的生物降解;2010年断面1~2间苯的质量损耗率和生物降解速率常数低于2007年的,其他的TEX均大于2007年,而断面1~3间BTEX的质量损耗率和生物降解速率常数均大于2007年的,这表明添加硝酸盐作为电子受体,能明显增强TEX的反硝化作用,而对苯的增强反硝化作用有滞后性,有一定的延迟期。