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关于博士论文开题报告范文例文电阻率法在污染土评价和处理中的应
论文库:博士论文 时间:2020-10-09 点击:
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一、研究背景和意义 4
二、国内外研究现状分析 4
三、研究方案 6
1.研究目标、研究内容及拟解决的关键技术 6
1.1 研究目标 6
1.2 研究内容 6
1.3拟解决的关键技术 6
2.研究方法和技术路线 7
2.1 拟采取的研究方法 7
2.2系统组成 7
3.研究计划安排 8
四、主要参考文献目录 8
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

一、 研究背景和意义  

有机物引起的土壤和地下水污染已经成为全球地下环境的主要威胁。一方面大多数石油烃污染物毒性极大;另一方面,有机类物质水溶性低,迁移扩散慢[1-2],因此极少量的有机物就可能对人体健康造成持续几十年甚至更长时间的潜在威胁。鉴于此,有机物早已被许多国家和地区列为优先控制的污染物。我国2014年联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》也表明全国土壤环境状况极为严重(总污染超标率达16.1%),京津冀、长三角、珠三角等发达城市地下有机污染(NAPLs污染)问题尤为严重[3]。土壤环境质量恶化,以及由此导致的生态系统破坏和人体健康问题已成为我国全面建成小康社会的主要瓶颈之一。因此开展污染场地治理和扩散,尤其是烃类污染场地治理,提升土壤环境质量,迫在眉睫,刻不容缓[4]。
由于石油烃污染物特殊的分布特征,传统钻探采样+化探分析的探测方式应用于石油烃污染场地探测时,其耗时长、费用高、时空分辨低的缺点将成倍放大,同时该方法更无法实现对污染扩散过程的实时动态监测。电法勘探技术作为环境科学与电法勘探学交叉而产生的一门新技术,兼具无损、快速监测、低成本和高分辨率等诸多优点,目前已经在国内外污染调查、水文地质勘测等领域发挥着越来越重要的作用。但纵观目前国内外针对污染场地的电法勘探技术研究,还主要局限于静态的污染探测研究,在描述污染物迁移归趋的应用上乏善可陈[7-8]。在重大污染源监测预警、扩散过程实时监测预报等对动态监测要求较高的领域,目前的电法勘探方法和技术已是力所难及,迫切需要迎合当前土壤和地下水污染防治的强烈需求,开展石油烃污染及其扩散过程动态监测技术的研究。
综上,开展石油烃污染源区扩散过程的三维动态监测研究有利于我国土壤和地下水环境质量的改善[9]。石油烃扩散过程的一大难题就是难以准确区划石油烃污染源区,而利用电法勘探技术对石油烃污染扩散过程进行三维动态监测,不仅可对重污染区域以及扩散过程的局部遗漏区域进行动态监测预警,提高后续修复效率,同时能精准把控扩散过程,准确圈定污染范围,大幅节约修复成本[10-13]。

二、国内外研究现状分析

国外对于污染场地愈来愈重视,充分认识到土壤污染会给人、动物和植物以及农业带来严重的后果,对污染场地的研究也取得了一定的成就。我国对环境保护工作起步较晚,环保意识薄弱,对污染场地的研究工作相对滞后。直到80年代同济大学在国家自然科学基金的资助下从环境保护的角度开展了对污染土壤性质、污染物离子在土壤中的迁移规律以及废弃物处理的研究。但是,由于石油烃类污染物特殊的理化性质及其空间分布特征,使得目前在石油烃污染分布范围及污染程度确定方面存在极大的困难。因此,寻找一种简便、快洁、无损的污染场地探测和污染过程监测方法成为国内外众多学者的一致追求。电法勘探具有空间的全面性、原位无损、快速等特点,正广泛应用于环境检测领域当中。
美国环境保护局创新办公室(EPA/TIO) 2000年研究报告《场地勘查的革新:电法勘探方法在污染废弃场地中的应用》称在90年代,用来评估污染场地的方法已经有了相当大的改变。传统的钻探取样加物探分析方法既昂贵又费时,而且还是得不到大范围的场地情况。于是越来越多的电法勘探技术在污染场地中有了创新应用,并且迅速应用在各种污染场地监测中,该报告共例举了11个污染场地的物探勘测,勘测所得结论与实际情况十分相符。电法勘探用于污染场地探测的基本原理,都是利用地质体在环境发生变化时(污染、破碎、挤压等),会产生相应的电学特性改变,通过探测各种电学特性参数(电阻率、复电阻率、介电常数、电磁波等)的变化[14-19],进而揭示地质体的环境变化。目前,利用电法勘探方法进行环境检测在国内外取得了很多成果及进展[20-27]。
英国E.Aristodemo等(2000)研究了直流电阻率法和时域激发极化法在垃圾填埋场中监测污染物运移的应用[28];Atekwana等(2000)利用雷达检测剖面,圈定了出污染的深度与范围和地下水污染分布[29];Delnaye(2001)通过对石油污染土壤和冻土的电阻率特性进行了研究,得出了砾石、粉土和粘土的电阻率随温度的变化趋势,电阻率随着含水量的增加而增加[30];美国的R.Gregory等(2001)进行了应用电磁传导率、磁法和二维直流电法勘测针对地下未知化学污染带的勘测研究,成功的检测出了5种地下异常情况[31]; P.Matt等(2001)在进行环境地质调查时应用了地质雷达和电阻率法,通过测量土壤的导电率得到生成盐的浓度大小,从而推断污染深度[32]; Tetyana等(2004)亦通过大量测试数据证明表土磁化率值可作为土壤污染的指标,可推断污染区域的污染程度[33]。
国内的一些学者对应用电法勘探方法检测污染土方面开展了一些卓有成效的研究。李金铭等(1999)通过室内模拟试验针对水污染的导电性和激电性与污染浓度变化进行了研究,初步建立了相关的电导率与污染浓度的响应模型 [34]。程业勋等(2004)通过采用高密度电阻率法、地质雷达法等对北京市两个垃圾填埋场检测垃圾渗漏液的扩散范围、扩散深度进行的实验,得出了被污染的土壤和地下水呈低电阻率的特征,并给出地下污染物的空间位置[35-36];刘国华等(2004)通过室内实验,根据正交试验的数据处理方法得出了该次试验各个因素对土壤电阻率影响由大到小的顺序为:含水率,孔隙溶液电阻率,饱和度和土的种类[37]。韩立华等(2006)通过在粘土夹砂和粉质粘土中加入不同浓度的FeCl3、AlCl3溶液,得出了随着污染成分含量的增高,土体电阻率呈指数形式剧烈降低,未污染土样的电阻率比污染样的电阻率明显为高的结论[38]。白兰等(2008)分析了污染土壤对电阻率的影响因素,通过室内模拟实验,得出污染物的种类、含量不同,对黄土电阻率的影响程度也不同。证实了电阻率法可检测黄土的污染范围及程度[39]。董路等(2008)利用高密度电阻率法对硫酸废液污染的场地进行污染调查,由于硫酸废液侵入土壤,导致被污染土壤含盐量增加,电阻率降低与未被硫酸废液侵入的土层形成了一定的电性差异.通过电阻率层析成像(ERT)技术,圈定硫酸废液侵入土壤中的分布范围、侵蚀深度以及扩散羽流[40]。
相关文献研究表明,国内外很多学者对重金属及石油烃类污染场地的电法勘探方法调查作了很多的基础性工作,也积累了很多宝贵的理论成果。但是到目前为止,这些工作尚未形成污染场地尤其是石油烃污染场地动态监测的理论方法,也没有成熟的模型用于污染趋势预测预警以及污染扩散的预报。污染场地的电法快速探测技术研究总体上还是处于探索阶段。

、研究方案

1研究目标、研究内容及拟解决的关键技术
1.1 研究目标
结合电法探测的基本理论、石油烃污染土壤电阻率/复电阻率特性,以此为基础,研究石油烃污染与电学特性相关关系、电学监测方法,并对石油烃污染模拟场地进行三维监测网布设的研究,最终建立一套可实现对石油烃污染场地扩散过程动态监测的技术方法。
1.2 研究内容
本课题拟在以下4个方面开展研究工作:
(1)通过阅读资料、实验分析和理论推导研究石油烃污染土壤特性(孔隙度、土壤粒径、液相和石油烃相残余饱和度)和电学特性(电阻率和复电阻率)定量关系。
(2)基于Comsol Multiphysics 有限元求解平台构建数学模型。
(3)通过研究结合数学模型构建石油烃污染模拟场地三维动态监测网,基于Labview平台构建的有机污染三维动态监测的系统。
(4)结合多源探测数据的联合反演方法,实现石油烃污染扩散过程的动态实时监测。
1.3拟解决的关键技术
(1)石油烃污染土壤电性参数和其土壤特性参数的理论和模型
(2)构建动态监测系统
(3)多源探测数据的联合反演方法
2.研究方法和技术路线
2.1 拟采取的研究方法
本研究拟采用数值模拟和实验研究相结合的方法进行,首先通过研究现有土壤污染特性-电学特性关系模型,筛选或建立可描述于污染扩散过程中电阻率/复电阻率变化规律的数学模型;同时,一方面设计了一套基于Labview平台构建的有机污染三维动态监测的系统。另一方面,研究多源探测数据的联合反演方法,借鉴已在遥感水文学、遥感气象学领域已取得巨大成功的数据同化方法,结合场地实验监测数据实现对有机污染扩散的动态监测。
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
    
 
图1技术路线
2.2系统组成
考虑监测场地土壤的性质,实验采用细沙填满容器,在其地表布设为导电良好的铜电极,监测网由多条导电性良好的铜电极组成,监测网整体布置在砂槽的中间位置,是为了消除边界效应,模拟野外场景,保证数据的准确性。监测网传感器与继电器相连接,控制电极的正负电极选通,继电器数量与监测网地表布置电极一致,通过继电器控制,能实现各种监测网的快速变换以及探测深度的变化,确保污染物在不同深度的情况下能够被监测数据所反映。
污染动态监测系统包括监测信号控制和发射,信号的传输,信号的接收,信号的数据处理分析几部分。信号的发射可以采用可编程控制信号发生器,通过RS-485进行数据的传输。信号的接收处理部分采用NI数据采集器,通过本采集系统在线读取采集到的原始数据,获取不同监测时间、不同发射频率的三维复电阻率和相位数据。系统结构如图2所示。
 
 
 
 
 
 
 
 
图2 动态监测系统
3.研究计划安排
2016年7月--2016年8月,收集资料,了解复电阻率的基本原理,以及不同土壤的复电阻率特性。
2016年8月--2016年9月,学习Labview,掌握其基本用法。
2016年9月--2016年10月,完成土壤复电阻率实验特性分析, 构建数学模型
2016年11月--2017年2月,构建监测动态系统,完成软硬件连接、调试。
2017年3月,完成论文开题。
2017年3月--2017年5月,现场实验验证,并完成论文。
2017年6月,论文答辩。
四、主要参考文献目录
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