随着工业的发展,不易溶于水的重非水相流体DNAPL (Dense Non-Aqueous Phase Liquid, DNAPL)对地下水和土壤的污染日益严峻,已成为近20多年来国际科学界的研究热点,但我国对这方面的研究相对滞后,可见的研究报道较少。氯苯类化合物作为一种典型的DNAPL,其污染在环境中普遍存在,尤其在工业区,因而研究其在土壤／沉积物中的运移规律具有重要意义。因此,本文以GD化工厂作为研究区,在综合分析已有资料和研究成果的基础上,首先通过水文地质调查、土壤／沉积物样品的采集和测试,分析了研究区土壤/沉积物中氯苯类化合物的空间分布特征,探讨了土壤/沉积物含水率及有机质含量对其分布的影响；以1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯为代表性氯苯类化合物,通过室内静态吸附实验,研究了粉质粘土吸附氯苯类化合物的动力学、热力学规律,并探讨了pH、温度对吸附的影响；以氯苯、1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯为例,通过室内土柱实验,研究了氯苯类化合物在低渗透粘性土介质中的迁移规律；最后以氯苯为例,通过建立氯苯类化合物在低渗透粘性土介质中的迁移模型,用数值方法探讨了氯苯类化合物在低渗透粘性土介质中的迁移规律,并讨论了氯苯渗透速率和介质渗透性对均质条件下氯苯迁移的影响。本文主要的研究内容和结果概述如下：1.通过GD化工厂退役场地氯苯类化合物生产区域的土壤/沉积物中氯苯类化合物污染特征分析,揭示了氯苯类化合物能够在粘性土介质中迁移至较深深度。共在研究区内设置36个土壤/沉积物取样点位和2个地下水监测井(S16、S35),获得161个土壤/沉积物样品,最深土壤/沉积物取样深度为20 m。发现：研究区土壤/沉积物和浅层地下水(赋存于杂填土中的上层滞水)受到了氯苯类化合物的污染,土壤/沉积物中氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,3-三氯苯最高浓度分别为：6420mg/kg、1160mg/kg、119mg/kg、1950 mg/kg、9.72 mg/kg、6.11 mg/kg;S16、S35点浅层地下水中氯苯类化合物检出浓度最大值依次为：氯苯(21700μg/L)、1,4-二氯苯(1610μg/L)、1,2-二氯苯(982μg/L)、1,3-二氯苯(58μg/L)、1,2,4-三氯苯(10μg/L)、1,2,3-三氯苯(8.2μg/L)。高浓度氯苯类化合物主要集中在氯苯生产车间周边,土壤／沉积物中氯苯类化合物的主要来源为氯苯类化合物的直接泄漏和爆炸事故。工厂生产时,污染物的释放呈间歇性、分批次、似活塞式地在土壤／沉积物中迁移扩散,导致同一点位同一种氯苯类化合物的浓度在纵向剖面上的有多处峰值,这与多次污染物输入、污染物分批次下渗有关。土壤/沉积物中氯苯类化合物总量∑CBs与土壤/沉积物有机质含量、土壤/沉积物含水率之间不存在皮尔森相关性,这与文献报道中浅层耕作土中吸附氯苯类化合物的规律不一致。2. 通过氯苯类化合物在低渗透粘性土介质中的吸附实验,揭露了粉质粘土的吸附作用对氯苯类化合物的迁移影响较小。在室内开展静态吸附实验,气相色谱法测定,研究了1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯在粉质粘土上的吸附行为,包括吸附动力学和吸附等温线。同时探讨了pH和温度对粉质粘土中1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯吸附行为的影响。发现：1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯在12 h达到吸附平衡,最大吸附量分别为：0.95mg/kg、1.23mg/kg。粉质粘土中1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯的吸附过程均能很好的用二级吸附动力学方程描述。线性等温吸附模型可以很好的描述1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯浓度小于15 mg/L的吸附过程。分配系数Kd的大小顺序为：1,4二氯苯<1,2,4-三氯苯。pH对粉质粘土吸附1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯的影响：酸性和碱性环境都会增加沉积物吸附氯苯类化合物的能力。温度对粉质粘土吸附1,4-二氯苯和1,2,4-三氯苯的影响：当处于常温时,如20,25,30℃,平衡吸附量基本没有变化。而当温度升高到35,40℃时,平衡吸附量略微有所降低。3.通过土柱中氯苯类化合物迁移规律研究,证明了氯苯类化合物的重力作用是其迁移的主要动力。室内开展氯苯、1,4-二氯苯、1,2,4-三氯苯在饱和粉质粘土中的渗滤实验和原状粘性土介质中的迁移实验,探讨了氯苯类化合物在低渗透介质中的迁移规律。发现：氯苯的渗滤土柱实验表明：0-1469 min(总用时1469 min),流出液中未能检测到氯苯；1469-1672 min(总用时203 min,时间相对较短),流出液中氯苯和水共存；1672-2506 min,流出液中无水。氯苯向下迁移时推动处于下方的水分子一起向下迁移。15% 1,4-二氯苯和85%二氯甲烷混合液的渗滤土柱实验表明：0-534 min(总用时534 min),流出液中15%1,4-二氯苯和85%二氯甲烷未检出；534-921 min,流出液中15%1,4-二氯苯和85%二氯甲烷混合液与水共存。混合液在向下迁移时,同时存在着推动处于下方的水分子一起向下迁移和挤掉孔隙中水分子而独自向下迁移两个过程。1,2,4-三氯苯的渗滤土柱实验表明：0-67 min(总用时67 min,时间相对较短),淋出液中1,2,4-三氯苯未检出；67-676 min,流出液中1,2,4-三氯苯与水共存。重力作用对1,2,4-三氯苯的的迁移影响较大,1,2,4-三氯苯在向下迁移的过程中会挤掉孔隙中水而优先向下运移,形成优先通道。1,2,4-三氯苯在优先通道中向下运移的过程中又会携带部分水分,因而土柱中水分的减少比较缓慢。氯苯类化合物在土柱中迁移的速度与其密度大小有关,其先后顺序为氯苯<15%1,4-二氯苯+85%二氯甲烷<1,2,4-三氯苯。穿透实验后,氯苯、15%1,4-二氯苯+85%二氯甲烷在沉积物中均匀分布,而1,2,4-三氯苯在沉积物中分布不均匀。柱子底部石英砂中氯苯类化合物的含量远大于粉质粘土中氯苯类化合物的含量。氯苯类化合物经过21小时的泄漏和2天的再分布后,其在沉积物中的分布可以分为两个阶段：含量区别较小的饱和阶段和含量降低阶段。在原状土柱中的迁移速率大小顺序为：1,2,4-三氯苯>15%1,4-二氯苯>氯苯。4. 由氯苯类化合物的迁移模拟实验可知,氯苯类化合物的泄漏速率和介质的渗透性是影响氯苯类化合物在土壤/沉积物中迁移的主要因素。运用GMS软件中的UTCHEM模块,在室内土柱实验的基础上,建立了低渗透介质中氯苯的迁移模型,探讨了氯苯在低渗透介质中的迁移规律,并讨论了均质条件下氯苯泄漏速率和土壤／沉积物渗透性对氯苯迁移的影响。发现：在低渗透介质中,随着氯苯泄漏时间的延长,介质中氯苯迁移深度、扩散范围及氯苯最大饱和度均增大。氯苯泄漏停止后,氯苯继续向下运移,氯苯迁移深度和扩散范围增大,但介质中氯苯最大饱和度会降低。在低渗透介质中,氯苯泄漏阶段,氯苯迁移速率较快,但当泄漏停止后,氯苯主要进行横向上的扩散。经过较长时间的运移后,氯苯会到达隔水层的顶部,并聚积在其上。氯苯泄漏速率对迁移的影响：在泄漏总量一定的情形下,泄漏结束时,泄漏速率越小,系统中的最大氯苯饱和度越小,但是氯苯纵向迁移深度和横向扩散范围越大；当泄漏时间和再分配时间总和一定且氯苯泄漏量相同时,泄漏速率越小,介质中氯苯最大饱和度越大。介质的渗透性对氯苯迁移的影响：当氯苯泄漏速率和泄漏时间相同,泄漏停止时,介质的渗透性越好,氯苯的迁移深度和污染范围也越大,但介质中氯苯最大饱和度越小。当介质的渗透性较好时,经过较短的时间,氯苯可以穿过饱和介质,到达隔水边界上方,并聚积在其上。但当介质的渗透性较差时,氯苯要经过长时间的迁移才能够到达隔水层上方。本文的创新点体现在：(1)通过污染场地研究,揭示了氯苯类化合物能够在粘性土介质中迁移至较深深度。(2)开展土柱实验和DNAPL迁移模拟实验研究,证明了氯苯类化合物在低渗透介质中也是可以迁移的,丰富了氯苯类化合物在地质环境的迁移规律理论。