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汽油在土壤中运移规律研究

王喜  
【摘要】: 土壤气相抽提(Soil Vapor Extraction)是一项被广泛接受经济有效的治理挥发性有机物(Volatile Organic Compounds)污染的非饱和带土壤的技术。VOCs饱和蒸汽压高,能在负压气流下被定向地带到地面收集处理。 在非饱和带土壤中,非水相液体(Non Aqueous Phase Liquids)、界面相和气相VOCs为主要存在形式。NAPL将随着时间的推移逐渐减少至消失。NAPL存在时,毛细作用和铺展作用时刻发生,并使其污染范围扩大,VOCs气体在土壤孔隙中不断扩散。 VOCs的污染多发生在非饱和带土壤中,本研究探讨液态VOCs进入土壤后的存在相态、非气态和气态的运移规律、运移机理、拖尾机理。 室内实验,汽油液气两相在土壤中的运移规律研究和吸附机理分析 1.液态汽油运移:定量向土柱中加入液态汽油,测试数据显示汽油的运移距离平方和运移时间呈线性关系,证明了毛细作用的和铺展作用的存在,证实了液态的汽油运移可以用Washburn方程描述时间和运移距离关系; 2.气态汽油扩散:使用稳定的气相污染源,测试了汽油气相在空气介质和土壤介质中的扩散。测试结果显示:在均匀的固相土壤介质中,扩散速度受到土壤含水率、土壤颗粒、土壤密度等条件的影响。污染物的浓度分布呈现由污染源向污染外围递减趋势,随着时间的增长固定空间的浓度趋于稳定;气相的汽油运移可以用Einstein-Smoluchowski方程描述时间和运移距离关系; 3.汽油吸附:采用直接和间接两种污染方式。直接方式既直接向土柱中定量加入液态汽油,间接方式既是使用气相污染源对土柱进行污染,静止稳定10天。通风实验显示:直接污染的土柱中的浓度下降缓慢,停止通风后浓度可以得到恢复,说明了污染物主要来源于NAPL的挥发;间接污染的土柱经过通风后,浓度下降速度快,并且不能恢复,间接污染的浓度来源于孔隙中的污染物。实验说明汽油被土壤吸附,导致通风后期低的汽油浓度; 4.拖尾分析:液态汽油的运移直接导致吸附,随着时间的增长,汽油被吸附的范围加大。铺展现象的发生,说明汽油同土壤之间发生了吸附作用,吸附作用改变了液态汽油表面张力,使被吸附的汽油焓降低。使用BET法测量了实验用土壤的表面积,定量计算出被吸附的汽油量的范围。按照吸附理论和分压定律,被吸附的物质的饱和蒸汽压将出现降低,既宏观表现为浓度降低。实验估算了降低后的浓度值。野外实验:验证气液两相的运移规律 5.液相规律:使用气相色谱测试了不同深度土壤中的汽油浓度和组分,测试数据显示:相同深度相同土壤构成时汽油具有相似的组分构成和相近的浓度。接近地面的组分由于受到气相蒸发的影响,短碳链的组分偏少。 6.气相规律:通过测试场地的压力场分布,浓度分布和通风后浓度变化,表明场地土壤具有较好的通透性,适用于SVE方法。TVOC浓度由污染区向地面呈逐渐递减趋势。使用气相色谱测试了不同空间位置的汽油组分分布,数据显示相同深度土壤具有相似的组分分布,不同深度的组分分布不同; 理论分析,并综合实验的气液运移规律,获得下述结论: 1.润湿是NAPL在土壤中的主要运移方式,扩散是气相运移方式。VOCs污染区域划分为毛细作用、铺展作用和气相扩散三个区域; 2.润湿和气相吸附形成的界面相和NAPL为非气相VOCs; 3.润湿和气相吸附降低VOCs的焓,引起VOCs的饱和蒸气压降低,导致拖尾。


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