试析土壤气相抽提（sve）中有机污染物的运移与数学模拟研究

《试析土壤气相抽提（sve）中有机污染物的运移与数学模拟研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、天津大学博士学位论文土壤气相抽提（SVE）中有机污染物的运移与数学模拟研究姓名：黄国强申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李鑫钢20020501天津大学博士学位论文摘要土壤气相抽提(SVE)是用于修复挥发性有机物污染土壤的一种新兴环境技术，其有效性在许多实验和现场测试中均被证实。目前国外SVE的工程应用主要采用经验法，设计过程过多依靠经验参数，国内则仍属于空白。由于SVE技术在土壤有机污染治理的迫切需求下产生，其理论研究相对滞后，目前SVE的研究主要围绕污染物的累积去除效果，很少对通风体系中流体输运过程和污

2、染物的传质机理进行完整、深入的研究，对现场SVE过程的数学模拟研究也处于起步阶段，仅在稳态渗流方面有所进展。本文从理论基础、过程参数、传质机理和现场数学模拟等方面对土壤气相抽提(SVE)过程进行了系统研究。采用连续介质方法建立了宏观水平上SVE的数学物理基础，得到描述SVE过程以下三个确定性基本控制方程：SVE动量方程：≯皇掣可(盥vP)：，。Ol以SVE质量方程：妒望篮笋：盟+岛等-V掣警VP)冉媳堪．以呱)一％一‰cr饼此”。⋯。’SVE过程NAPL污染源衰减方程：抵掣+≯掣_v(盥VP)冉(螋磁∥晖)(平衡

3、传厕凹。rI．1．”⋯”加，掣叫c；一c二)(动力学传质)通过非线性拟合由排水曲线法获得了砂土vallGenuchten水分布常数及SVE过程气相的相对渗透率。再由吸附平衡实验确定苯、三氯乙烯在细砂土壤中液(water)一固吸附等温线为线性关系，研究表明吸附常数除了受土壤有机质含量影响外，还与土壤的其它性质相关。吸附动力学实验证明砂土对污染物的吸附过程可逆，可通过滞膜模型表征动力学参数及污染物的迟滞性质。运用分形理论及激光粒度测试手段确定了各土壤的粒度分维值及分维区间，结合砂土吸附实验研究得到粒度分维值与吸附分配

4、系数的线性关系式。采用土柱迟滞扩散实验研究了污染物蒸汽在土壤孔隙的有效扩散系数，表明Millington模型在高含水率时准确度较好，低含水率时将逐渐出现负偏差。采用土柱SVE实验研究了不含NAPL情况下三氯乙烯及苯在砂土和掺混土天津大学博士学位论文摘要体系中的挥发运移规律，运用了相平衡模型和线性动力学模型两种模型分析方法。表明通风过程气相浓度和污染物残留均存在明显的拖尾效应；相平衡模型作为一种较粗略的经验方法可以估计SVE体系初期的修复效果，但不能反映污染物的微观运移：动力学模型可描述整个过程中固定位置处污染物传

5、质运移规律，但通风前期仍与实验结果存在差异，表现出一定的非线性特征。通过垂直短柱的通风实验研究了气．液(water)．液mAPL)．固体系SVE中的传质过程。在界面理论的基础上，根据污染物在土壤体系中的状态，提出了NAPL挥发过程的一个物理模型，将污染物分为自由态和膜态两种基本形式。在SVE初期主要是自由态NAPL的挥发过程，此阶段通风体系的气液传质系数保持不变；当自由态NAPL消失后，膜态NAPL挥发阶段开始，由于传质界面的不断减小，该阶段团粒传质系数随之逐渐降低。土柱实验结果验证了该物理模型。将少量高岭土微粒

6、掺混于砂土后，电镜照片显示高岭土将密集覆盖于砂土表面：通风对比实验表明，其它条件相同时污染物在掺混土体系的团粒传质系数将比砂土体系提高30％左右，从而证明了土壤表面结构对气液传质过程的影响。提出了一个基于污染物在气．液．液．固四相态间热力学平衡模型，可作为现场SVE的初步模拟。在SVE动量方程基础上，进而提出了竖井SVE非稳态流场和稳态流场的数学模型，采用了Galerkin有限元方法求解，流场的计算结果与现场测定结果吻合良好。在SVE质量方程基础上，进一步将流动模拟结果与传质方程耦合，采用了ADI方法和有限体积元

7、法对污染物运移过程进行定量描述。通过以上数学模拟方法，系统研究了各种SVE工况和现场条件对修复效果的影响作用。关键词：土壤气相抽提：挥发性有机污染物；运移：相间传质：数学模拟；有限元方法：交替方向隐式法．天津大学博士学位论文摘要AbstractSoilvaporextraction(SVE)isgainingacceptanceasaremediationtechnologyforunsaturatedsoilscontaminatedwithvolatileorganiccompounds(VOCs)．Itse

8、ffectivenesshasbeendemonstratedinlaboratoryandfieldtests．OverseasatpresentengineeringapplicationsofSVEaleusuallyinvolvedinexperiences，leadingtotheSVEdesignsdependingalotonempiricalparamet