表面活性剂增强修复地下水中PCE的砂箱实验及模拟

在石英砂充填的二维砂箱中开展表面活性剂（Tween 80）冲洗四氯乙烯（PCE）的修复实验,基于图像分析技术监测不同污染源区结构条件下NAPL相的去除过程.由于实验条件限制,实验中缺乏溶解相浓度数据.为此进一步基于UTCHEM数值模拟方法来理解NAPL相和溶解态之间的质量传输过程,并探讨表面活性剂浓度、注入速率等因素对修复效率的影响.综合砂箱实验和数值模拟结果表明：介质均质和非均质条件下会形成不同类型DNAPL污染源区结构,表现为离散状PCE与池状PCE体积比（GTP）差异.由于离散状污染物与表面活性剂的接触面积更大,更易被优先去除;初始GTP值越高,污染物的修复速率和修复效率也越高.增大表面活性剂浓度或提高表面活性剂的注入速率,虽然能提高DNAPL的修复速率,但会明显降低表面活性剂的修复效率,实验过程中修复效率降幅可达93%.线性驱动溶解模型可以有效地模拟表面活性剂修复DNAPLs过程,基于数值模拟方法选择合适的表面活性剂配比可有效的节省实际污染场址修复经费和时间成本.     

污染源区结构特征对Tween 80去除DNAPL效果的影响

选择四氯乙烯（PCE）作为特征污染物,通过二维砂箱实验探究3种介质情景中,污染源区结构特征对Tween 80冲洗去除PCE的影响.采用透射光法监测PCE的运移及去除过程,定量测定PCE的饱和度.进而采用不连续的离散状与连续的池状PCE体积比（GTP）定量表征污染源区结构特征.结果表明,PCE在含透镜体介质中运移时,运移路径延长,离散状PCE增多.离散状PCE与Tween 80溶液的有效接触面积较大,被优先溶解去除,而细砂层上部的污染池的比表面积和接触面积较小,溶解能力有限,远比运移路径上的PCE难以去除.此外,初始离散状PCE较多,GTP较大,有利于池状PCE溶解转变为离散状PCE,PCE去除率增大.因此对于实际污染场地,需要详细分析DNAPLs污染源区结构特征,以助于评估表面活性剂冲洗技术的修复效率及试剂消耗.     

DNAPL在透镜体及表面活性剂作用下的运移研究

选择四氯乙烯(PCE)作为典型重非水相液体(DNAPLs)污染物,进行PCE在二维砂箱中的运移及修复实验,采用一种改进光透法探讨DNAPL在含不同透镜体非均质含水层中的运移和饱和度分布特性.在此基础上,考察非离子表面活性剂(吐温80)对DNAPL的原位冲洗修复效果.结果表明,在模拟天然地下水流条件下,当PCE运移到达各透镜体时,PCE均未进入透镜体而是在其上方聚集形成污染池,然后逐渐侧向扩散,即使在较粗透镜体(20/30目和40/60目石英砂按 1:1质量比例混合)上也无法进入.吐温80对PCE的修复效果显著,冲洗58h后,94.2%的PCE被去除.表面活性剂的引入能够减小PCE和水的界面张力,界面张力的减小量可达38.8dyn/cm,相应各透镜体上覆界面处的毛细压力水头值会有不同程度的减小,在较粗透镜体上的PCE可以穿透透镜体并继续向下运移.透镜体的毛细截留作用会限制修复后期的修复效率,修复75,3520min的修复效率分别为0.63,0.05g/g,其中较粗透镜体上截留的PCE相对其他较细透镜体容易移出.     

人工注气及生物产气对孔隙介质中DNAPL运移影响

重非水相液体(DNAPLs)的污染和治理问题是国内外研究热点,由地下水曝气技术注入的人工气体或生物作用等产生的气体必然对DNAPL在地下水系统中的运移及修复产生影响.采用CCD实时监测系统,以TCE为目标污染物,通过3个二维砂箱试验,以饱水条件下DNAPL的运移为对照,研究了人工注气及生物产气对DNAPL在孔隙介质中运移的影响.结果表明:(1)基于CCD相机的透射光监测系统是一种研究二维孔隙介质中多相流迁移规律的有效非侵入式监测方法,应用于实时监测水/NAPL,水/气,水/NAPL/气多相系统中流体渗流过程.(2)人工注气和生物产气两种条件下,气体在多孔介质中的分布特征有差异,前一条件下气体连续分布,后一条件下则以非连续分布的气泡为主.(3)在水/气两相系统中,气体的存在使得DNAPL污染羽的整体形状更加不规则;同时缩短了TCE污染羽前缘整体平均垂向下迁距离;也导致迁移路径上孔隙中TCE的截留量变小.DNAPL的入渗过程受重力影响以垂向渗流为主,垂向渗流时易于驱替孔隙中的水分,然而水平渗流时优先驱替孔隙中的空气.     

基于透射光法探讨水流流速对DNAPL运移分布的影响

重非水相污染物(DNAPL)在地下水中的运移分布受多种因素控制.选择四氯乙烯(PCE)作为DNAPL的代表,通过二维砂箱实验探究地下水流速对DNAPL运移分布的影响.采用透射光法(LTM)监测DNAPL在砂箱内的运移行为并定量分析DNAPL的饱和度,进而采用空间矩分析DNAPL污染羽的平均运移行为随时间的变化.结果表明,透射光法分析得到的DNAPL计算体积与实际注入体积有良好的相关性(R20.98),LTM的测量精度较高,可准确反映DNAPL的入渗行为和再分布过程.DNAPL饱和度和污染羽一阶矩(质心)的分析结果表明,流速的增加能够促进DNAPL在水平和垂直方向的运移使得运移路径倾斜,且其对DNAPL垂向入渗的促进作用更为明显;污染羽二阶矩(展布)的分析结果显示流速的增加还提高了DNAPL在横向和垂向的扩散速度,导致污染区域增大.实验过程中,DNAPL的饱和度直方图在较小地下水流速下始终呈单峰分布,在较大地下水流速下则逐渐呈双峰分布,且流速越大,两个峰值的间距越大.     

饱和多孔介质中DNAPL污染源区结构及质量溶出

为探究重非水相液体（DNAPL）在地下水中的运移和溶出行为,选取四氯乙烯（PCE）为代表,采用透射光法动态监测PCE在二维砂箱中的运移和分布,并以顶空气相色谱法监测其质量溶出,在此基础上通过乙醇冲洗来改变PCE分布,对比分析相应源区结构和溶出浓度的变化.结果表明：PCE的运移以垂向入渗为主,并伴随由毛细管力引起的横向迁移;污染源区面积和溶出浓度的变化具有明显一致性,均先迅速增大而后趋于平稳,由于泄露量小,70.7%的PCE以ganglia态残留在运移路径上.乙醇主要通过增溶作用改变污染源区结构,对PCE的空间展布影响弱,乙醇冲洗后ganglia态PCE占比增至99.6%,GTP值从2.4增至257.随着乙醇冲洗体积的增加,PCE源区面积从100cm²减至50cm²,对应溶出浓度从114mg/L减至12mg/L,二者呈较好的线性关系（R²=0.76）.此外,连续监测结果显示,在本研究的实验条件下,无论是否经过乙醇冲洗,PCE污染源区结构和其相应的质量溶出可以在一定时间内（至少16PVs）保持稳定.     

表面活性剂强化原位空气扰动修复实验研究——影响区域及气流分布变化规律

应用一种改进的二维气流可视化装置来研究影响区域（ZOI）内不同介质（粗砂和砾石）和表面活性剂（SDBS）的添加对影响区域以及气流分布规律的影响.结果表明：相同曝气流量下,同种介质中表面活性剂的投加会增大曝气压力.表面活性剂的添加极大地提高了空气饱和度,但在不同介质中作用机理不同.当曝气流量为1000 L/h时,表面活性剂的添加使得粗砂介质（孔道流）和砾石介质（鼓泡流）ZOI的面积分别增大了21.8%和5.2%.这说明在一定粒径范围内,介质粒径越细,表面活性剂的添加对ZOI面积的增加越明显.相同曝气流量下,表面活性剂的添加使粗砂介质中气流分布范围变大且气流分布曲线相对平缓,而砾石介质中气流分布范围不变且气流分布曲线相对陡峭;不同曝气流量下ZOI内气流分布表现出明显的相似性.     

氨基酸双子表面活性剂复配增溶PCE性能研究

利用氨基酸双子表面活性剂N,N'-双月桂酰基乙二胺二丙酸钠（DLMC）及其复配体系来提高四氯乙烯（PCE）在地下水中的溶解性,强化去除效果.测定了DLMC的初级生物降解性并将其与短链醇（异丙醇IPA,乙醇）和传统表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）,辛基苯基聚氧乙烯醚（TX-100）和聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯（Tween80）复配.结果表明,DLMC的生物降解度超过99%,具备良好的生物降解性;筛选出DLMC-IPA （1：4）和DLMC-Tween80（1：1）两个PCE污染柱冲洗剂配方,40g/L作用浓度下其增溶浓度分别为18329,16906mg/L;DLMC-Tween80（1：1）对PCE污染柱的冲洗效果最好,冲洗效率为9.87（g PCE/L冲洗液）,较DLMC单体系提升16%.     

胶态泡沫在饱和介质迁移特性及对PCE冲洗效果

利用表面活性剂胶态微泡沫冲洗技术来提高四氯乙烯（PCE）在地下水的溶解性和流动性,提高污染物迁移通量,强化去除效果.主要工艺参数和影响因素对泡沫稳定性的影响,结果表明4000r/min的搅拌转数即可产生稳定的胶态微泡沫,泡沫稳定性随表面活性剂浓度增大有小幅度提高,PCE对泡沫稳定性有不利影响;胶态微泡沫在含水层的迁移规律表明,泡沫前端迁移时不断破裂并气液分离,形成气体在上部,液体在下部,后续泡沫稳定向前推流的迁移模式,泡沫在含水层中受到地下水的静水压力,与在土壤迁移相比其体系压力更大,泡沫破裂更严重、迁移速率更慢;和液体冲洗相比,泡沫冲洗对PCE增溶增流效果明显,介质粒径为0.1~0.25mm、0.25~0.5mm和0.5~1mm时,PCE去除率分别达到83.7%、90.8%和98.2%,介质粒径越大,去除效果越明显.     

溶剂萃取分离地下强化抽出处理液中的污染物和表面活性剂

以正己烷为萃取剂,SDS和Tween 80为表面活性剂,苯和硝基苯为污染物,通过批次实验研究了萃取时间、油水比、表面活性剂及污染物性质对二者分离效果的影响.结果表明,萃取时间为2h、油水比为0.1是萃取的最佳条件参数;正己烷对Tween 80和苯的分离效果较SDS好,且Tween 80浓度对分离效果影响不大;随着SDS浓度的升高,其与苯的分离效果先增大后减小,在1.375CMC时达到最佳分离效果;正己烷对苯与SDS的分离效果较硝基苯好,且分离效果随着污染物浓度的升高而增大;苯和硝基苯共存时,其与SDS的分离存在竞争作用.     

胶态微泡沫用于冲洗含水层的迁移分布特征

目前有关胶态微泡沫（CGAs）冲洗含水层过程中的迁移分布特性尚不明确,本研究利用二维模拟实验详细探究了注入速率、表面活性剂浓度和介质条件对CGAs迁移分布时空变化特征的影响.结果表明,在单侧单点注入条件下,CGAs的波及区域形状近似半圆形,迁移锋面相对规则;CGAs破裂产生的泡沫液分布在其迁移锋面四周,泡沫气体受地下水浮力影响向上方迁移,导致出现在纵向向上迁移距离大于向下迁移距离的"向上漂移"现象.表面活性剂浓度对CGAs的迁移分布影响较小;注入流速低或介质渗透性差,CGAs均会在迁移后期出现明显的“向上漂移”现象,同时其波及区域形状逐渐趋向于半椭圆形;恒定流量注入CGAs,其在含水层中的波及面积存在最大值.相对传统液相冲洗液,CGAs在非均质含水层中迁移分布较为均匀,受介质非均质性影响较小.     

污灌条件下非离子表面活性剂对土壤中有机农药迁移的影响研究

采用振荡平衡法和淋洗法,研究了污灌条件下非离子表面活性剂Tween－80在表层土壤和深层土壤上的吸附行为及其对有机农药甲萘威迁移的影响。结果表明：在振荡平衡条件下,低Tween－80浓度的污水灌溉会促进甲萘威在表层土壤中的吸附,而高Tween－80浓度的污水灌溉会抑制甲萘威在深层土壤中的吸附;在淋洗条件下,Tween－80在深层土壤中表现出较强的吸附能力。