污染地块土壤-地下水中DNAPL污染物迁移特点

北极星环境修复网讯:在DNAPLs污染地块的调查评估中，通过科学的判定调查手段摸清DNAPLs的分布特点，对于后续修复或管控方案的制定具有重要意义。

1.DNAPLs污染的成因。

一般将密度大于1.01g·cm－3且在水中溶解度小于20g·L－1的有机污染物称为DNAPLs。通常，DNAPLs发生泄漏后，会在重力作用下迁移进入土壤及地下水。若泄漏量较大，DNAPLs可以穿过整个非饱和带到达饱和带，在迁移途中亦会残留在非饱和带土壤中。到达饱和带的DNAPLs会缓慢溶解于地下水并随地下水流动而形成污染羽。由于密度比水大，DNAPLs在饱和带中可继续向下迁移，但速度放缓，直至到达含水层底部。含水层底部的DNAPLs较难发生垂向迁移，积聚后会向周边扩散。隔水层表面“走势”对DNAPLs的迁移与分布至关重要。对于被DNAPLs长期污染的地块，污染源及污染羽中弱透水介质内也会富集一定数量的DNAPLs。当地下水中溶解相DNAPLs浓度下降时，这些富集DNAPLs的弱透水介质会不断通过反渗透作用向地下水中释放污染物。

2.DNAPLs污染的特点。

DNAPLs进入地下环境后的行为主要包括迁移、相间分配(液相、吸附相、气相)及自然降解3个方面。由于其密度大于水，DNAPLs主要在重力作用下发生以垂向向下为主的迁移。在迁移过程中，DNAPLs会通过溶解进入液相和挥发进入气相而形成污染羽，污染范围显著扩大。对于未经人为调控的DNAPLs污染地块，DNAPLs的自然降解速度非常缓慢(如PCBs的半衰期约为40a)。在实际案例中，准确掌握污染地块的DNAPLs分布特征有助于降低修复成本，提高修复手段的针对性，对修复方案的制定至关重要。

3.DNAPLs的迁移。

DNAPLs在地下的迁移主要受重力和地层性质影响，同时也会受到毛管压力和流体动压的共同作用，其中地下水流(或流体动压)影响相对较小。DNAPLs和土壤水在土壤孔隙中接触时，在两相界面处会存在压力差，这种压力差称为毛管压力。此处的流体动压指DNAPLs受到与其接触的流动地下水的作用力。当两者流动方向相同时，流体动压促进DNAPLs迁移，反之起阻碍作用。在地下非饱和带中，DNAPLs受重力作用向下迁移的同时也会发生横向迁移现象，受毛管压力以及地层性质〔例如可以影响毛管进入压力大小的土壤含水量和孔隙〕影响。DNAPLs在向下的迁移过程中会优先通过根孔、裂缝等较大的孔隙形成的优势通道，并在界面张力的作用下在通道壁形成神经节状残留。若DNAPLs泄漏量较小或地下水位较深，DNAPLs会在迁移中被残留相“消耗掉”，不能到达饱和带。降雨时地下水位发生波动，部分残留的DNAPLs可以直接溶解进入地下水，也可通过雨水的淋溶进入地下水，造成持续污染。

穿过非饱和带的DNAPLs进入饱和带后会在重力作用下继续向下迁移。迁移中若遇到低渗透区，DNAPLs会在其上积累并横向迁移(迁移方向由低渗透区表面坡度方向决定)，寻找向下迁移的路径继续下沉。少量DNAPLs会克服Pce进入低渗透区内。与在非饱和带类似，DNAPLs会优先通过毛细管阻力较小的高渗透区，若泄漏量足够大，DNAPLs可以到达并聚集在含水层底部或遇弱透水层形成DNAPLs池。DNAPLs池和迁移路径上的残留相会缓慢溶解于地下水，持续向地下水中释放污染物。

4.DNAPLs的空间分布。

根据DNAPLs在地下环境所处的位置，DNAPLs空间分布做如下。

(1)DNAPLs泄漏只到达非饱和带

如图1所示，DNAPLs泄漏至地表后，受到重力作用向下迁移。

由于泄漏量少，DNAPLs大多被束缚在非饱和带的孔隙及裂缝中。随着地表水和雨水的淋溶，DNAPLs中的污染物组分会不断溶解迁移，形成污染羽。此外，DNAPLs挥发产生的气相污染物也可通过扩散作用及异重流(densityflow)直接溶解进入地下水，在地下水位附近形成较浅的溶解相污染羽，或溶于降雨渗流进入地下水中。DNAPLs挥发产生的气相污染物的迁移行为见图2。

(2)DNAPLs穿过非饱和带沿弱透水层迁移

如图3所示，泄漏量较大的DNAPLs可穿过非饱和带，进入饱和带，随后继续向下迁移直到在隔水层或弱透水层表面形成DNAPLs池。迁移过程中，部分DNAPLs被毛管压力束缚在迁移路径中的土壤孔隙中。

DNAPLs穿过非饱和带在第1含水层中形成污染羽，同时也在不连续的弱透水层表面不断形成DNAPLs池，溢出的DNAPLs通过弱透水层边缘继续向下迁移，直至达到连续的弱透水层表面。若DNAPLs溢出处距离污染源很远，追踪DNAPLs迁移路径的难度将显著增加。

(3)多层污染

如图4所示，DNAPLs穿过非饱和带形成了污染羽，同时也在第1含水层底部形成DNAPLs池。DNAPLs池通过含水层底部的裂缝继续向下迁移，到达第2含水层，形成污染羽及污染池。

(4)DNAPLs进入岩石或黏土层裂缝

如图5所示，DNAPLs进入岩石或黏土层裂缝后，其迁移分布由裂缝系统的性质(数量，密度，尺寸、方向等)决定。由于裂缝可能延伸较广，因此DNAPLs可在连通的裂缝中发生较长距离的迁移。裂缝系统具有较强的不可判性，进入其中的DNAPLs会在死端缝隙被捕获或者残留在迁移路径上。残留在死端缝隙内及迁移路径上DNAPLs是治理的难点，是地下水的长期污染源。

在DNAPLs调查工作中，需注意分层监测。监测时应立足于地下水，兼顾土壤，灵活运用各种调查技术，以达到摸清污染现状，锁定污染源的目的。结合DNAPLs在地下分布特点，笔者认为在实际调查工作中应加强对于弱透水介质的调查，摸清污染源分布，避免修复结束后地下水中DNAPLs浓度反弹。在采用地球物理技术时，反演的多解性会造成的分析结果的不确定性，可通过先验信息的约束及其他查方法结果验证来提高调查的准确度。此外，目前对于DNAPLs在地下环境中的迁移行为研究大多忽视了时间尺度上DNAPLs对与其接触土壤矿物表面性质的相互影响。在未来的研究中需关注地下孔隙、裂隙等通道表面在DNAPLs存在的情况下，发生的性质改变及性质变化对DNAPLs迁移行为的影响。