Advances in Subsurface Pollution of Porous Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Candela, Lucila (EDT)/ Vadillo, Inaki (EDT)/ Elorza, Francisco Javier (EDT)

出品人:

页数:240

译者:

出版时间:2008-9

价格:$ 146.84

装帧:

isbn号码:9780415476904

丛书系列:

图书标签:

• Subsurface pollution
• Porous media
• Environmental science
• Hydrogeology
• Contaminant transport
• Remediation
• Groundwater
• Soil contamination
• Water quality
• Environmental engineering

引言 地下水是生命之源，对人类社会的可持续发展至关重要。然而，随着工业化和城市化的快速发展，地下水污染问题日益严峻，对生态环境和人类健康构成严重威胁。深入理解地下污染物在多孔介质中的迁移转化过程，开发有效的污染控制和修复技术，是当前环境科学与工程领域面临的紧迫挑战。 地下水污染的来源与类型 地下水污染的来源多种多样，主要可分为点源污染和面源污染。 点源污染： 通常是指集中、局部的污染源，如工业废水排放口、垃圾填埋场、化工厂泄漏、矿山开采活动、地下储罐渗漏等。这些污染源会向地下环境中释放高浓度的污染物，对局部区域的地下水造成严重污染。 面源污染： 指分散、大面积的污染源，如农业活动（化肥、农药的过量使用）、城市径流（道路扬尘、汽车尾气、生活垃圾）、畜禽养殖场排放等。面源污染虽然单点浓度较低，但影响范围广，累积效应显著，是导致大范围地下水水质下降的重要原因。 地下水污染物种类繁多，根据其性质可分为： 有机污染物： 包括石油烃类（如苯、甲苯、乙苯、二甲苯）、氯代烃（如三氯甲烷、四氯化碳）、农药、多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、有机溶剂、药物和个人护理品（PPCPs）等。这些污染物往往具有毒性、生物累积性，对人体健康和生态系统造成长期危害。 无机污染物： 主要包括重金属（如铅、汞、镉、砷、铬）、硝酸盐、亚硝酸盐、氟化物、氰化物、酸、碱以及各种盐类。重金属可能导致神经系统损伤、癌症等；硝酸盐污染会引发蓝婴病，并可能形成致癌物亚硝胺。 微生物污染物： 包括细菌、病毒、原生动物和寄生虫，主要来源于生活污水、污水处理厂出水、畜禽粪便等。这些微生物可能引起多种疾病，如霍乱、痢疾、伤寒等。 放射性污染物： 如铀、镭、氡等，主要来源于核设施事故、矿山开采、天然放射性物质的析出等。放射性物质对人体有极强的致癌作用。 多孔介质中污染物的迁移转化 地下水中的污染物并非静止不动，它们会随着地下水的流动而迁移，并在地下环境中发生一系列物理、化学和生物过程，导致其形态、浓度和毒性的改变，这些过程统称为迁移转化。 1. 迁移过程 对流（Advection）： 这是污染物在地下水中迁移的最主要方式。污染物随同地下水流一起运动，其速度与地下水流速和污染物的浓度梯度有关。在均质、各向同性的多孔介质中，污染物迁移速度近似等于地下水流速。然而，在真实的地下环境中，介质的非均质性和各向异性会导致污染物羽流的展布呈现复杂形态。 弥散（Dispersion）： 弥散是在对流的基础上，由于多孔介质的复杂结构（孔隙大小不均、连通性差异）以及地下水流速的微小差异，导致污染物在流动方向上的展布。弥散可以分为： 纵向弥散（Longitudinal Dispersion）： 污染物在流动方向上的展布。 横向弥散（Transverse Dispersion）： 污染物在垂直于流动方向上的展布。 纵向弥散通常大于横向弥散。弥散是污染物在地下扩散的重要机制，导致污染物羽流的纵向和横向扩张。 扩散（Diffusion）： 即使在没有地下水流的情况下，污染物也会由于浓度梯度而发生扩散。这是一种分子运动的现象，污染物从高浓度区域向低浓度区域扩散。在低渗透性介质中，扩散是污染物迁移的主要机制。 吸附与解吸（Adsorption and Desorption）： 污染物与多孔介质骨架（如土壤颗粒、岩石表面）之间的相互作用。吸附是指污染物附着在介质表面，而解吸则是指污染物从介质表面脱离。吸附可以显著减缓污染物的迁移速度，甚至将其固定在介质中。吸附量通常与污染物的性质（如极性、分子大小、电荷）、介质的性质（如比表面积、有机质含量、矿物成分）以及水的化学性质（如pH、离子强度）有关。 沉淀与溶解（Precipitation and Dissolution）： 当水中污染物的浓度超过其在特定环境下的溶解度时，污染物会以固相形式沉淀出来，从而降低水相中的浓度。反之，固相污染物在水中溶解，增加水相中的污染物浓度。 2. 转化过程 化学转化： 氧化还原反应（Redox Reactions）： 许多污染物在地下环境中会发生氧化或还原反应，改变其化学形态和毒性。例如，一些重金属（如Cr(VI)）可以在还原条件下转化为毒性较低的形态（如Cr(III)）；有机污染物在氧化还原条件下可能被分解。 水解（Hydrolysis）： 某些污染物在水中会发生水解反应，生成新的物质。 络合（Complexation）： 污染物可能与水中的有机质或无机离子形成络合物，改变其溶解度、迁移性和生物可利用性。 生物转化（Biotransformation）： 地下环境中存在着丰富的微生物群落，它们可以利用污染物作为碳源或能量源，通过新陈代谢过程将其分解、转化或固定。 好氧降解（Aerobic Degradation）： 在有氧条件下，微生物利用污染物进行分解。 厌氧降解（Anaerobic Degradation）： 在无氧条件下，微生物也可以通过发酵、硝酸盐还原、硫酸盐还原等过程降解污染物。 生物转化是许多有机污染物在地下环境中去除的重要途径。然而，某些污染物可能对微生物有毒性，抑制其活性，或其本身难以被生物降解。 影响污染物迁移转化的因素 污染物在多孔介质中的迁移转化是一个复杂的过程，受到多种因素的共同影响： 地下水流场特征： 地下水流速、流向、流场的非均质性、滞留区等直接影响着污染物的对流和弥散。 多孔介质的物理化学性质： 渗透性（Permeability）和孔隙度（Porosity）： 决定了地下水流速和储存能力，影响着污染物的迁移速度。 比表面积（Specific Surface Area）： 影响着吸附和反应的发生速率。 孔隙结构（Pore Structure）： 孔隙的大小、形状、连通性等影响弥散和扩散。 有机质含量（Organic Matter Content）： 有机质是许多污染物（如疏水性有机物）的重要吸附剂。 矿物成分（Mineral Composition）： 不同的矿物（如粘土矿物、氧化物）对污染物的吸附能力不同。 介质的非均质性和各向异性： 真实地层往往存在渗透性、孔隙度等性质的横向和纵向变化，导致污染物羽流的复杂展布。 污染物的性质： 溶解度（Solubility）： 影响污染物在水相中的浓度和迁移潜力。 吸附系数（Adsorption Coefficient）： 量化污染物与介质的吸附强度。 挥发性（Volatility）： 影响污染物向大气相的迁移。 化学反应活性： 决定其发生化学转化的难易程度。 生物可利用性（Bioavailability）： 影响微生物降解的速率。 水化学环境： pH值： 影响污染物的电离状态和吸附行为。 氧化还原电位（Redox Potential）： 影响氧化还原反应的发生。 离子强度（Ionic Strength）： 影响污染物在水中的溶解度和吸附。 温度： 影响反应速率和物理过程。 微生物活性： 微生物的种类、数量、代谢活性等决定了生物转化的效率。 地下水污染的监测与评价 科学有效地监测和评价地下水污染是制定和实施污染防治策略的基础。 监测网络设计： 根据污染源分布、地质水文条件、潜在风险等因素，合理布设监测井，形成科学的监测网络，能够及时、准确地反映地下水水质变化情况。 采样与分析： 遵循严格的采样规程，避免二次污染，对采集的水样进行全面、准确的化学和物理分析，检测目标污染物的浓度、形态以及影响因素。 污染评价方法： 单因子评价： 将监测点各污染物的浓度与国家或地方规定的地下水质量标准进行对比，判断其超标程度。 综合评价： 采用内梅罗指数法、模糊综合评价法等多种方法，综合考虑多种污染物对地下水水质的影响，给出整体评价等级。 统计分析： 利用时间序列分析、空间插值等统计方法，揭示污染物的时空变化规律，预测污染扩散趋势。 数值模拟： 基于污染物迁移转化模型，结合地质水文参数和监测数据，模拟污染物在地下水中的迁移路径和浓度分布，预测未来变化趋势，为污染治理提供科学依据。 地下水污染的控制与修复 针对地下水污染问题，需要综合运用多种技术手段，实施有效的控制与修复策略。 1. 源头控制 严格的工业废水排放管理： 推广清洁生产技术，对工业废水进行预处理，达标排放。 规范固体废物处理： 建设符合环保要求的垃圾填埋场，加强渗滤液收集和处理，防止其污染地下水。 农业面源污染控制： 推广测土配方施肥，合理使用农药，加强畜禽养殖污染管理。 地下储罐防渗管理： 加强对加油站、化工厂等地下储罐的监测和维护，防止泄漏。 2. 修复技术 根据污染物的种类、污染范围、地质水文条件等，选择合适的修复技术。 原位修复技术（In-situ Remediation）： 不将受污染的土壤或地下水移出原地，直接在原地进行修复。 原位生物修复（In-situ Bioremediation）： 通过向地下环境注入营养物、微生物或氧化还原剂，促进微生物降解污染物。例如，注入氧气或过氧化氢促进好氧降解；注入电子供体促进厌氧降解。 原位化学氧化/还原（In-situ Chemical Oxidation/Reduction, ISCO/ISCR）： 向地下注入化学氧化剂（如过硫酸盐、臭氧）或还原剂（如零价铁），直接氧化或还原污染物。 渗透反应墙（Permeable Reactive Barriers, PRBs）： 在地下水流路径上设置一道填充了反应材料（如零价铁、活性炭）的地下屏障，使地下水流经时，污染物在反应墙内发生降解或吸附。 土壤蒸汽提取（Soil Vapor Extraction, SVE）： 适用于挥发性有机污染物，通过在地下设置抽气井，将含有污染物的土壤蒸汽抽出，然后进行地面处理。 地下水抽出回灌（Pump-and-Treat）： 将受污染的地下水抽出地面，进行处理后回灌或排放。这种方法成本较高，处理效率受限于污染物在介质中的传质速度。 热修复（Thermal Remediation）： 通过加热土壤，提高挥发性有机污染物的挥发性或加速化学反应。 异位修复技术（Ex-situ Remediation）： 将受污染的土壤或地下水移出原地，在地面进行处理。 土壤挖除回填（Excavation and Disposal/Treatment）： 将受污染的土壤挖出，运往专门的填埋场或进行地面处理（如焚烧、固化）。 土壤淋洗（Soil Washing）： 用水或洗涤剂淋洗土壤，将污染物去除。 地下水抽出处理（Pump-and-Treat）： 同上，将地下水抽出地面进行处理。 3. 长期监测与风险管理 修复完成后，需要建立长期的监测体系，评估修复效果，并对地下水资源进行风险管理，防止二次污染。 结论 地下水污染是一个复杂而严峻的环境问题，涉及污染物的来源、迁移转化机制、多孔介质的性质、水化学环境以及微生物活性等诸多因素。深入研究这些相互作用，发展高效的监测、评价和修复技术，对于保护地下水资源、保障人类健康和生态安全具有至关重要的意义。未来的研究应更加关注污染物在真实复杂地质环境中的非均质性影响，开发更经济、更高效、更环境友好的修复技术，并加强对新兴污染物（如微塑料、持久性有机污染物）的监测与控制。

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