地下水污染原位空气扰动修复技术模拟实验研究

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1、地下水污染原位空气扰动修复技术模拟实验研究LaboratorySimulationStudyofAirSpargingforRemediationofGroundwaterPollution作者姓名：宋兴龙专业名称：环境工程指导教师：赵勇胜学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月28日摘要随着社会经济的快速发展，土壤和地下水受到的有机物污染越来越严重，其中挥发性有机污染物是重要的一类污染物，发展土壤和地下水有机污染修复技术对水资源保护和环境可持续发展具有重要意义。在众多技术当中，原位空气扰动技术（AirSparging，AS）被认为是去除地下水中挥发性有机污染

2、物的最有效方法。虽然原位空气扰动技术已有工程运行实例，但是其设计和运行大多是依据以往有限的场地实践经验来确定关键的参数，如影响半径等，缺少作用机理和规律方面的理论支持。综合国内外研究现状，本论文通过可视化二维模拟实验研究了原位空气扰动技术运行过程中主要参数的变化规律，包括最小、最大曝气压力，气流运动方式，曝气流量，气体饱和度等。对气流影响区域的形状、大小及气流分布规律进行了分析探讨，并建立了预测公式，探讨了公式所需参数和使用条件。本文取得的主要研究成果如下：(1)多孔介质粒径级配决定气流运动方式，当介质有效粒径D10小于等于0.22mm时为腔室流，D10处于0.

3、42~1.42mm区间时，为孔道流，D10大于等于2.10mm时为鼓泡流。(2)曝气压力与流量成线性关系，且介质粒径越大，介质的渗透性越好，方程斜率越大。当介质有效粒径D10从0.22mm增加到4.20mm时，方程斜率从0.0726增大到0.2089。曝气初始阶段，气体平均饱和度随曝气压力上升而快速增大，但增加的速度逐渐减缓，达到最大饱和度后不再变化，最大值处于49%~76%范围。(3)影响区域形状与气流运动方式有关。当气体以腔室流的方式在介质中运移时，影响区域不规则，难以刻画。当气体以孔道流或鼓泡流方式运移时，影响区域呈锥面型。影响区域随着曝气压力的上升而扩展

4、，当超过某一临界压力后，影响区域变化很小，存在一个―稳定影响区域‖，它代表着特定介质粒径下影响区域稳定的形状和大小。介质粒径越大，―稳定影响区域‖越小。(4)影响区域大小可以采用曝气角和横向迁移距离来定量描述，并建立影响半径预测公式：R=H????+L，建立影响区域体积计算公式：12?=????????????+3?+3?。公式预测的影响半径和实际场地观测值3I对比表明，在均质各向同性介层条件下，预测公式能有效地预测场地条件下的影响半径。(5)气流在影响区域上分布不均匀，在曝气头处气流流量最大，距离曝气头越远，气流流量越小。提高曝气压力或者增大介质粒径都会增加气

5、流分布的不均匀性。(6)气流在影响区域上的分布符合高斯方程，同一粒径介质不同压力下的气流分布具有相似性，可以进行无量纲分析，进而建立气流分布预测公式：?/?−??2???=?+?×???−2。2?本论文的创新点在于：（1）通过模拟实验研究，建立了影响区域半径和体积预测公式，并讨论了公式所需参数和适用条件。（2）定量表征了气流在影响区域上的分布，建立了气流分布预测公式，并讨论了公式所需参数。通过上述研究，为空气扰动修复技术气流影响区域半径和体积的确定提供了理论计算方法。关键词：原位空气扰动技术，气流运动方式，影响区域预测公式，气流分布规律IIABSTRACTInr

6、ecentyears,withtherapiddevelopmentofsocialandeconomy,soilandgroundwaterorganicpollutionismoreandmoreserious.Volatileorganicpollutants(VOCs)areaclassofimportantpollutants,thedevelopmentofefficienttechniquestoremediatesoilsandgroundwatercontaminatedwithvolatileorganiccompoundsisofgreat

7、importancetosustainabledevelopmentofhumanenvironment.Airsparging(AS)hasproventobethemosteffectivemeansofremediatinggroundwaterandunsaturatedsoilsthathavebeencontaminatedwithVOCsinallthepollutedsiteremediationtechnologies.Althoughtherehavealotofinsituairspargingsite,itsdesignandoperat

8、ioncanonlyba