甲基叔丁基醚在地下环境中迁移过程研究

【摘要】： 甲基叔丁基醚(MTBE)由于其低辛醇/水分配系数及高水溶性,比汽油中其它组分更容易传递至地下水中。而且MTBE在土壤中的迟滞作用小,较难被生物降解,能形成较大范围的污染羽流,因而MTBE在地下水中的出现可以作为汽油泄漏最好的指示剂。本文从理论基础、过程参数、迁移过程影响因素等方面对MTBE在地下环境的迁移传质过程进行了系统的研究。 通过非线性拟合由排水曲线获得砂土van Genuchten水分布常数;由吸附平衡实验确定了MTBE的吸附常数;运用分形理论和激光粒度仪测试手段确定了各土壤的粒度分形维数,结合土壤常规测试研究得到粒度分维值与土壤粘粒含量的线性关系;利用土柱迟滞扩散实验研究了MTBE在土壤孔隙中的有效气、液相扩散系数;利用二维砂箱实验测定水动力弥散系数。 实验研究了饱和流动条件下非水相MTBE在二维不均匀介质中的溶解过程,实验结果表明非水相溶解过程初期水相中浓度很高,MTBE在水中的溶解度接近于饱和溶解度,之后逐渐降低进入拖尾期;非水相初始饱和度越高,溶出MTBE浓度出现最高点的时间越晚,完全溶解所需时间也越长;地下水流速提高会使平衡溶解期变短,并减少完全溶解所需的时间;NAPL源范围越大,出口峰值浓度越高,峰值出现时间越晚。建立了不均匀介质中NAPL溶解过程的数学模型并进行数值求解,得到了溶解过程中区域流场的变化和浓度分布。 采用土柱实验研究了溶解态MTBE在不饱和区的迁移过程,在数学模拟的基础上考察渗流速度和多孔介质性质对传质过程的影响,结果显示在高渗流速度和高渗透率介质中MTBE的传质较快。利用数值模拟的方法,考察存在NAPL不动相时,MTBE在不饱和区的迁移过程并分析其传质过程的影响因素。 利用二维砂箱系统地研究了MTBE在饱和区中的迁移过程,结果表明由于地下水流动,MTBE在水平方向的迁移速度明显大于垂直方向;提高地下水流速会加快污染羽流的发展,并加剧羽流的不规则程度。另外,其它条件相同的情况下,在渗透性较好的多孔介质中污染物迁移速度较快,羽流范围以较快的速度扩大。 基于传质方程和流动方程,对MTBE在整个地下环境中的迁移过程进行了数值模拟,分析降雨、蒸发、蒸腾和植物根系对迁移过程的影响,同时探讨了土壤介质存在分层结构时对MTBE传质过程的影响。