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地下水曝气(AS)处理有机物的研究

张英  
【摘要】:地下水曝气(AS)是二十世纪九十年代发展起来的新兴地下水原位修复技术,主要用于处理可挥发性有机物(VOCs)造成的饱和土壤和地下水污染。其低成本、高效率和原位操作的显著优势在许多实地研究中得到了充分地证实。然而在AS实地应用过程中,系统的设计很大程度上仍然是经验性的,人们对于AS去除污染物的作用机制缺乏深入地了解。本文从流体力学和污染物传质过程两方面对AS进行了研究,并建立了三维空间下的轴对称空气流动模型。 AS过程中,空气在地下的流动状况极大地影响污染物的去除效率。本文首次采用乙炔示踪法来研究AS在不同渗透率土壤和不同曝气流量下气体的流型。研究表明,乙炔示踪法比其它方法具有更好的灵敏度和准确性,而且操作方便,适于推广。 在粗砂体系中乙炔示踪研究表明,曝气流量较小时(0.05m3/h),AS气体的分布稀疏而且分散;在适宜的曝气流量下(0.15m3/h),AS气体的分布均匀,形状近似为对称U字形;在大曝气流量下(0.30m3/h),气体的分布变得不均匀,左右漂移,易形成局部优先流。对于不同渗透性的饱和土壤,乙炔示踪研究表明气体对土壤的渗透性较敏感。渗透率在10-10m2数量级大小的土壤,其气体分布均匀,影响半径较大,而对于渗透率在10-11m2数量级大小的土壤,其气体分布非常不均匀,较易形成优先流,或是气体横向扩散。 另外,本文以甲苯作为模拟污染物,结合流型研究,在气体孔道分布最佳的曝气流量下,对粗砂中污染物的传质过程进行了研究。研究过程中,对每个取样点浓度采用异时采样、插值求同的方法进行处理,并借鉴地理学中绘制等高线的二维三次插值法对二维饱和土壤区域中污染物的浓度分布进行分析。 在Darcy定律和Bessel函数理论变换基础上,提出了三维空间下AS的轴对称空气流动模型,并利用该模型对实验条件下的AS空气流动进行模拟,模拟结果与实验结果吻合良好。另外,本文还借助于该模型对实地AS应用进行了预测。


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