有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展

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1、薛强等：有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展3有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展薛强，梁冰，刘晓丽（辽宁工程技术大学力学与工程科学系，辽宁阜新123000）摘要：从机理、实验和数值模拟方面，综述了近年来国内外土壤中有机污染物迁移转化过程的最新进展，重点介绍了处理耦合数学模型的的数值模拟方法，并结合土壤污染发展的特点，对今后有机污染的研究方向作了一般性探讨，提出了需要进一步解决的关键性问题。关键词：有机污染物；研究进展；土壤中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1008-181X（2002）01-0090-04薛强等：有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展3薛强等：有

2、机污染物在土壤中迁移转化的研究进展3有机化合物对环境和地下水资源的污染已成为当前国际地下水污染防治与保护的焦点问题，并引起了国内外广大学者的广泛重视[1-6]。有机污染物在土壤中主要以挥发态、自由态、溶解态和固态4种形态存在，而且绝大多数有机污染物都属于挥发性有机污染物。这些挥发性有机污染物通过挥发、淋浴和由浓度梯度产生扩散等在土壤中迁移或逸入空气、水体中，或被生物吸收迁出土体之外，进而对大气、水体、生态系统和人类的生命造成极大的危害。本文简要评述土壤有机污染的研究进展及其发展趋势，为环境污染的治理、控制污染和水资源管理与评价的研究提供可靠的理论依据。1理论研究有机污染

3、物在土壤中迁移转化问题实质上是水动力弥散问题。早在1805年，Fick就提出了分子扩散定律。1905年，Slichter报道了土壤中溶质并不是以相同的速度运移的现象。此后，人们逐渐提出并逐步形成了溶质运移的基本理论—水动力弥散理论。一般情况下，水动力弥散是由于质点的热动力作用和因流体对溶质分子造成的机械混合作用而产生的，即溶质在孔隙介质中的分子扩散和对流弥散共同作用的结果。由于孔隙系统的存在，使得流体的微观速度在孔隙的分布上无论其大小还是方向都不均一。这主要有三方面的原因：一由于流体的粘滞性使得孔隙通道轴处的流速大，而靠近通道壁处的流速小；二是由于通道口径大小不匀一，引

4、起通道轴的最大流速之间的差异；三是由于固体颗粒的切割阻挡，流线相对平均流动方向产生起伏，使流体质点的实际运动发生弯曲。Bear将水动力弥散理论归属于可溶混流体的驱替理论，并且总结了弥散机理和各种参数确定的研究方法。有机污染物进入地下水系统要经过三个阶段：通过包气带的渗漏；由包气带进一步向包水带扩散；进入包水带中污染地下水。有机污染物进入包气带中使土壤饱和后在重力作用下向潜水面垂直运移。在向下运移的过程中一部分滞留在土壤的孔隙中，对土壤也构成了污染。有机污染物通过包气带运移时，在低渗透率地层上易发生侧向扩散，而在渗透率较高的地层中原油会在重力作用下垂直向下运移至毛细带顶部

5、。到达毛细带的原油在毛细力、重力作用下发生侧向及垂向运移，在毛细带区形成一个污染界面。部分有机污染物进入包水带对地下水构成污染，部分有机污染物滞留在毛细带附近。随着降雨的淋溶作用，滞留在包气带及毛细带的原油会进一步进入地下水中，导致地下水污染。有机污染物进入地下环境后，它在多孔介质中的运动属于多相渗流问题，即有机污染物-水-气三相共存的状态。在以往的研究过程中往往忽略了气相的作用，其根据为当空气不能自由排出时，以泡沫的形式存于水中，气体被压缩压力增大，增加了水的流动阻力从而降低了水的渗透率；另一方面空气在水的驱动下，水气同时流动，由此产生了对水流的阻滞作用。Richar

6、ds薛强等：有机污染物在土壤中迁移转化的研究进展3近似方法，即假定气相压力为一个常数和忽略气相的粘度，由于空气的动力粘度比水小100倍，因此，在许多情况下可以忽略空气对水流流动的阻力。但近几年来，许多研究人员从实验得出结论，当两种不溶混流体同时存在多孔介质时，由于孔隙空间中两种流体粘性不同引起它们之间相互干扰，加上湿润流体饱和度增加时，在非湿润流体通道中还留者孤立的残余非湿润流体，使湿润流体的渗透率将大大小于单向流体饱和时的渗透率，因此，水在非饱和带内流动过程实质是多孔介质中水气两相互不容混流体相互驱替的过程，这个过程不仅有水的流动，而且还有气体的运动。一方面当空气不能

7、自一方面当空气不能自由排出时，以泡沫的形式存于水中，气体被压缩压力增大，增加了水的流动阻力从而降低了水的渗透率；另一方面空气在水的驱动下，水气同时流动，由此产生了对水流的阻滞作用。因此，研究污染物在土壤中迁移转化时必需考虑气相的作用，气相对土壤的吸力和水的渗透系数产生较大的影响。在国外，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。Lenhad和Parker[7]（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