某化工场地六价铬污染迁移特征及风险评估研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 徐迎春 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 宋献方 ; 杨丽虎 |
| 关键词 | 六价铬 化工场地 水化学 数值模拟 风险评估 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 六价铬（Cr(VI)）对人体有强烈的致癌、致畸性，是我国重点关注的污染物。我国废弃的铬盐生产厂址达2000个，铬盐生产伴随着大量铬渣的产生，大多数企业没有对铬渣采取防雨、防渗等措施，铬渣渗滤液下渗。铬渣和搬迁遗留的铬渣污染场地是我国地下水Cr(VI)污染的主要来源。Cr(VI)在地下水中迁移扩散，通过多种方式进入人体产生危害，使环境和人体产生风险。因此调查铬盐化工场地地下水Cr(VI)污染分布及迁移特征，评估地下水污染风险，对化工场地污染控制治理具有重要意义。 以新乡市的某铬盐化工场地为研究对象，基于野外采样数据，利用水化学分析、数理统计、地下水数值模拟、地下水污染风险评估等方法，开展化工场地土壤和地下水Cr(VI)分布、迁移特征，地下水Cr(VI)时空变化模拟及地下水Cr(VI)污染风险评估研究，主要结论如下： （1）分析了土壤和地下水Cr(VI)浓度，阐明了土壤和地下水中Cr和Cr(VI)空间分布特征和时间变化特征，阐述了地下水中铬元素存在形态。 平面上，土壤表层污染高值区（Cr>78 mg/kg）位于铬渣堆处，距离铬渣堆越远土壤Cr含量越低。地下水中铬盐化工厂内部和外部的地下水Cr(VI)污染浓度差异显著。垂向上，浅层地下水Cr(VI)浓度和空间变异性均大于深层地下水。0～15 m土壤-含水层剖面上，地表至含水层Cr(VI)浓度总体呈增大趋势，含水层向下至底部黏土层Cr(VI)浓度总体呈减小趋势。Cr(VI)分布受土壤和含水层介质、水力传导等因素影响。时间上，2022年较2020年地下水Cr(VI)污染程度降低，超标率减小；2022年浅层地下水中铬的空间变异性更强，而深层地下水中的Cr(VI)空间变异性减弱。研究地下水中始终存在CrCl3以外的三价铬矿物的沉淀和六价铬矿物的溶解。含水层中Cr(VI)离子浓度越高，六价铬矿物的溶解的趋势越小，三价铬沉淀的趋势越大。随pH增大，Cr(VI)的SI值增大，三价铬（Cr(III)）的SI值无明显变化。随溶解性总固体（TDS）增大，六价铬矿物饱和指数和三价铬矿物CrCl3呈变大趋势，共存离子的增加促进了铬元素的沉淀。 （2）揭示了地下水化学空间分布特征，探究自然条件和人类活动对水化学影响，查明了地下水补给来源。 地下水氢氧同位素值围绕大气降水线（LMWL）线分布，但斜率小于LMWL线，受到蒸发作用影响，地下水补给主要来自大气降水。受人类活动影响，地下水类型出现显著的空间差异，浅层地下水中，铬渣堆处的地下水类型为SO4·Cl-Na型，铬渣堆中游及东侧的地下水类型为SO4-Ca和Cl·SO4-Na，铬渣堆下游基本未受污染，地下水类型为SO4-Ca·Mg型。Cr(VI)与Na+、SO42-离子显著相关。地下水受到铬盐生产影响，水化学成分的空间变异性强。地下水中水化学成分受人类活动控制，受岩石风化作用和蒸发结晶作用影响。研究区地下水存在岩盐、石膏和硬石膏的溶解，文石、方解石和白云石存在沉淀趋势。Na+、SO42-离子与Cr(VI)与显著相关，受铬盐影响，Ca2+和Mg2+来自石膏的溶解，NO3-和Cl-来自肥料和生活污染入渗。 （3）利用GMS软件模拟了地下水Cr(VI)迁移，查明了吸附作用对研究区地下水中Cr(VI)迁移的影响程度，揭示了丰水年（682.4 mm）、平水年（551.9 mm）、枯水年（450.8 mm）特征年降水补给条件下Cr(VI)时空变化规律。 若不考虑含水层对Cr(VI)的吸附作用，第15年时Cr(VI)污染羽扩散面积为33740 m2。使用等温线性方程描述含水层对Cr(VI)的吸附时，第15年时Cr(VI)污染羽扩散面积为10220 m2。考虑吸附作用下，低浓度污染羽面积明显减少，污染羽扩散面积减小了2/3，吸附对Cr(VI)的阻滞作用明显。考虑对流-弥散-吸附模拟未来15年化工场地地下水Cr(VI)迁移变化，在铬渣堆处设置污染源，位于铬渣堆下游的原污染羽中心处Cr(VI)浓度持续下降，下降幅度为丰水年>平水年>枯水年，下降幅度均超过70 mg/L。远离污染羽的下游，地下水中Cr(VI)浓度持续上升至1 mg/L以上，浓度增加幅度为枯水年>平水年>丰水年。即无地表污染源持续补给条件下，降水量的增多会加剧地下水稀释作用，污染羽浓度降低幅度大，扩散范围广。 （4）构建了地下水Cr(VI)污染风险评估模型，评估了地下水Cr(VI)污染风险，预测了未来风险变化。 基于“污染源-包气带-含水层-风险受体”的迁移路径，结合了场地实际污染分布，从污染源负荷、包气带防污性、含水层脆弱性和受体敏感性4个方面选取评估指标构建场地地下水污染风险评估模型。该模型刻画了化工场地地下水Cr(VI)污染风险的平面二维特征，提高了评估精度。研究区风险现状8.19%为较高风险，主要分布于铬盐生产车间。高污染负荷和高受体敏感性是研究区地下水污染的主要风险因子。模拟15年后（2037年），研究区较高风险等级占9.76%，相比2022年12月最高风险等级上升。研究区2037年时较高污染风险等级所占比例为枯水年>平水年>丰水年，占比分别为14.28%、9.76%、9.9%。研究区最高风险等级占比上升，风险区域范围扩大，有必要采取措施对研究区进行风险管控。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 109 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199712]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 徐迎春. 某化工场地六价铬污染迁移特征及风险评估研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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