南京大学(郭红岩团队)-TOP期刊(JHM)论文||水力调控与反应屏障协同:地下水DNAPL污染高效去除新突破

导语

环境科学与生态学期刊Journal of Hazardous Materials（影响因子=11.3，中科院1区TOP期刊）近日刊发题为“Hydraulic manipulation enhances 1,2-dichlorobenzene(DCB) removal in porous aquifers by zero-valent iron/biochar reactive barriers: Mechanistic insights from sandbox validation and TMVOC simulations”的论文，该研究通过多尺度实验与模拟，证实水力操作可显著提升渗透性反应屏障对DNAPL的去除效率，为现场修复提供机制性指导。

摘要

地下水中的重质非水相液体（DNAPL）污染因其难溶性、高密度和复杂迁移行为，成为全球环境治理的顽固难题。传统渗透性反应屏障（PRB）技术虽能原位处理，但受限于污染物羽流与屏障接触不足，效率常打折扣。

该研究创新性地将水力调控策略（如单井抽水或双井循环）与零价铁/生物炭PRB结合，针对典型氯代DNAPL——1,2-二氯苯（DCB）展开攻关。通过大型沙箱实验和TMVOC数值模拟，发现水力操作可重塑羽流分布屏障内地球化学环境：双井循环使羽流-屏障接触面积扩大，质传加速，修复时间在沙箱实验中缩短24.2%，现场尺度模拟中进一步优化至27.6%。地球化学监测显示，水力调控强化了碱性还原微环境（pH升至12.0，ORP降至-80 mV），促进DCB的还原降解。微生物分析表明，生物炭支撑的降解菌群在耦合条件下富集，揭示了非生物与生物途径的协同作用。

这项工作不仅量化了水力-PRB耦合系统的性能提升，更从机制层面阐明了流场调控如何影响污染物迁移、氧化还原动态及微生物活动，为设计高效、可持续的DNAPL污染含水层修复策略提供了新范式。

文中图片精选

图1：沙箱模型和现场数值模型的基本信息。

图2：自然梯度流条件下沙箱系统中的过程。

图4：数值沙箱模型中不同水力条件下的流场和压力、水流速度分布。

图8：提取-注入流场现场数值模型中的相关分布。

小结

该研究的创新亮点在于将主动水力调控与被动PRB技术深度融合，通过沙箱实验与TMVOC模拟的多尺度验证，系统阐明了流场操作如何通过扩大羽流-屏障接触、优化地球化学微环境（如pH/ORP调控）并激发微生物协同降解，从而提升DNAPL去除效率。

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