光透法定量两相流中流体饱和度的模型及其应用

基于光透法定量流体饱和度的原理及其在两相流中的应用,设计了两组密封砂箱实验来研究气体或重非水相流体(DNAPL)在饱和孔隙介质中的迁移,观察了气体或DNAPL在孔隙介质中的迁移规律,应用并验证了2个水/气两相流中的光强-饱和度(LIS)模型,特别是建立并应用了适用于NAPL/水两相流系统的2个新LIS模型.结果表明,气体以不规则的"指状"通道向上迁移直到在砂箱顶部聚集,最终形成连续的气体分布;TCE由于自身重力的影响向下迁移直至砂箱底部,最终在砂箱中形成不规则的污染羽并在砂箱底部形成污染池.利用实验结果应用并验证4个光透法模型得到:2个水/气系统中LIS模型(WG-A和WG-B)整体适用于本实验数据;2个NAPL/水系统的LIS模型(NW-A和NW-B)得到与实测资料较吻合的结果,其中基于单个孔隙水驱替假设的模型NW-A与实验结果更加接近,对量化多孔介质中的NAPL/水系统各相饱和度具有一定的参考意义.     

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.     

低温条件下基于TMVOC的土壤气相抽提技术数值模拟

为研究低温条件下土壤气相抽提技术对包气带中苯系物的去除效果、解决修复技术有效性评估等难题,基于TMVOC模型模拟砂箱试验,从浓度梯度、相间转化、饱和度变化等方面分析土壤气相抽提技术对污染物空间分布规律的影响机理.结果表明,TMVOC模拟苯系物浓度的计算值与试验测量值的拟合效果较好;低温条件下,砂箱土体中苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯的去除率分别为89.8%、71.3%、29.7%、14.4%.两次抽提过程中,苯在"气-液-NAPL（non-aqueous phase liquid）"三相中的质量均减少,减少比例近似为2:7:1,苯在液相中的质量减幅最大;在间歇期,苯由"NAPL相"以近似3:7的比例向"气、液"两相运移.在砂箱土体上部和中部NAPL相饱和度保持为0,"气-液"两相共存,间接表明苯系物在"气-液"两相间发生运移;在砂箱土体底部污染源附近"气-液-NAPL"相共存,间接表明苯系物在"气-液-NAPL"相间发生运移,抽提作用使得气相与液相饱和度升高、NAPL相饱和度降低.      

基于TMVOC的水位波动带土壤气相抽提模拟

为探究水位波动对土壤气相抽提（Soil Vapor Extraction，SVE）修复的影响，以西北某傍河石化场地为研究对象，利用TMVOC模拟苯系物的自然衰减过程及不同水位状态下SVE修复过程，从修复效果、相间转化、饱和度演变等方面比较不同条件下苯系物的衰减率.结果显示，该场地较佳的抽提井的压强为9.1×10⁴Pa，影响半径为8m；苯系物在自然衰减、水位稳定状态下SVE修复及水位波动状态下SVE修复12个月后的质量损失分别为17%、85%、96%；水位稳定和水位波动状态下SVE修复12个月后，非水相液体（Non-Aqueous Phase Liquids，NAPL）的饱和度最大可达到0.066和0.044；水位稳定状态下，苯系物在"气-液-NAPL"相去除率逐渐降低，水位波动状态下，在水位下降的阶段，更多的NAPL相苯系物转化为气相，并被抽提气流携带去除.     

裂隙地下水生物修复及水流特征研究

裂隙地下水作为储量最丰富的地下水资源,已经受到非水相液体(NAPL,Non Aqueous Phase Liquid)的严重污染威胁。通过物理实验的方法,对裂隙地下水中残留NAPL污染的生物修复展开研究,通过激发地下水中原生微生物群的生物活性,得出微生物活动对NAPL溶解的加速作用及程度。试验结果显示微生物群能将裂隙中甲苯的溶解速率提高约1倍,并加速裂隙内部甲苯的降解,而外界温度对该过程的影响甚微。     

NAPL饱和度在NAPL-水两相多孔介质中的无损测定

为对NAPL-水两相多孔介质中的NAPL饱和度进行无损测定,根据超声波测量方法的原理,设计出一个改进实验装置。该装置采用了一种新方法,利用两个脉冲的互感作用在多孔介质内部产生一个脉冲,而不是依靠单一脉冲的反射传播。同时通过电路板控制系统进行自动连续测量,把模拟信号转换成数字信号并传送到计算机。再利用Parker的推广方法,讨论如何把水-气两相的S-P关系推广到水-NAPL两相中去。     

纳米TiO_2光催化有机废气净化技术在土壤原位修复工程中的应用研究

对于被挥发性有机物(VOCs)污染的土壤,采用土壤气相抽提(SVE)技术将气态有机污染物抽提出来以达到净化土壤的目的,抽提出的VOCs气体经纳米TiO_2光催化技术进行净化处理后,降解为对环境影响较小的水和二氧化碳等,并使VOCs排放达到标准。示范应用结果表明,该项技术在净化VOCs废气领域具有显著效果,在工程技术、经济性和安全性等方面的优势使之在有机物污染土壤原位修复领域拥有广阔的应用前景。     

多相抽提和原位化学氧化联合修复技术应用——某有机复合污染场地地下水修复工程案例

某电子机械厂搬迁后原址约1 500 m区域地下水受到了多种类型的有机物复合污染,包括石油烃、苯系物和多环芳烃,并且部分区域发现有明显轻质非水溶相流体(LNAPL)。该案例首先应用多相抽提技术强化回收地下水中的LNAPL,并去除土壤气体和地下水中溶解态的污染物。当地下水中不存在明显LNAPL且污染物浓度不再明显降低后,继续应用原位化学氧化技术进行修复,所使用氧化剂为"过硫酸钠+Na OH"。经过45 d的多相抽提以及4t过硫酸盐氧化剂注射之后,验收监测表明污染区域地下水污染物浓度均达到了修复目标。该案例表明,多种修复技术的联合应用能够明显加快修复进度、提高修复效率、节约修复成本。对于存在LNAPL,且修复目标较严格的有机复合污染场地,多相抽提结合原位化学氧化联合修复是一种较好的修复技术选择。     

VOCs相间非平衡态迁移对土壤修复效果的影响

挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）普遍存在于工业污染场地,因其易迁移和难降解的特性而受到广泛关注.修复VOCs污染场地时通常存在拖尾、反弹和二次污染物释放的现象,限制了对VOCs的修复效率,这些现象均与修复过程中VOCs在相间的非平衡态迁移有关,但目前仍缺乏定量化的研究.基于此,选择四氯化碳为典型的VOCs,采用沙箱试验,探究了VOCs的相间非平衡态迁移在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术应用过程中对土壤修复的影响.结果表明:在表面通风和土壤挖掘过程中能产生较为显著的二次污染物释放现象;在热脱附和气相抽提联用技术的修复过程中能产生拖尾现象,而在修复结束后则会产生反弹现象,这些现象均为相间非平衡态迁移的表现形式.其中,在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术修复过程中,四氯化碳释放通量的最大反弹幅度分别为0.69、2.80和64.00倍,表明相间非平衡态迁移对热脱附和气相抽提联用技术产生的影响最大.研究显示,相间非平衡态迁移在不同的土壤修复工艺中均有体现,严重限制了土壤修复的效率,需要引起土壤修复工作者的高度重视.      

多相抽提-原位化学氧化协同修复技术研究

针对单一原位化学氧化和多相抽提技术难以达到氯苯类污染场地的修复目标,文章采用两者协同修复技术同时实现复杂场地氯苯类污染土壤和地下水的修复。以上海市某氯苯类污染场地为研究对象,分别开展多相抽提、原位化学氧化和两者协同修复研究,对比不同修复方式对污染土壤和地下水的修复效果。结果表明,单一的多相抽提和原位化学氧化修复技术均无法修复达标,协同处置后根据为期1年的长期监测结果,CJ1、CJ2、CJ3地下水氯苯类污染物质量浓度分别降低93.89%、93.39%和94.15%,CT1、CT2、CT3土壤氯苯类污染物质量分数分别降低74.17%、76.86%和76.23%,均低于修复目标值,协同修复效果具有较好的长期稳定性。多相抽提对重质非水相液体（DNAPL）物质的去除和原位化学氧化对溶解态污染物以及残余的DNAPL相物质的强化处理是显著促进氯苯类污染物去除的主要原因。该研究结果可为类似氯苯类污染场地修复治理工程提供参考。     

快速检测净水器中活性炭的吸附效果

对于采用氯及其制剂进行消毒的自来水，净水器活必不仅吸附水中有机物，也吸附水中余氯。活性炭对有机物的去除率与对余氯的去除率有很好的相关性。通过测定余氯去除率来表征对水中有机物的去除能力，即间接判断净水器中活性炭吸附效果是可行的。机理研究表明，活性炭吸附有机物，有效吸附面积下降，导致活炭对余氯去除率下降。本研究提供了一种可快速、简便而有效的检验活性炭吸附效果的方法。     

铝污泥酸化提取液改性沸石的除磷特性及机制

为了提高沸石的除磷能力并降低改性成本,以给水厂铝污泥为铝源,采用酸化提取液合成层状双氢氧化物(LDHs)覆膜于沸石表面制备改性沸石,分别测定原沸石、Al-Zn改性沸石及铝污泥改性沸石的表面特性和化学组分,分析等温吸附及吸附动力学特性,探讨铝污泥改性沸石的除磷性能及除磷机制.结果表明,最佳酸化提取条件为60 min、150 r·min~(-1)和p H1. 0,该条件下1 g铝污泥(干重)可提取77 mg的铝;改性沸石的饱和吸附容量和解吸性能较原沸石显著提高,尤其是铝污泥改性沸石,其理论最大吸附量从30. 24 mg·kg~(-1)提升至170. 40 mg·kg~(-1);改性使得沸石对磷酸盐的主要吸附类型由物理吸附向化学吸附转变.以铝污泥为铝源改性沸石能有效地提高其对磷酸盐的吸附能力及再生能力,在降低磷浓度过高引发的水体富营养化风险的同时,实现以废治废的目的.     

Development of metal organic fromwork-199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs

Reticulated foam shaped adsorbents are more efficient for the removal of volatile organic compounds(VOCs),particularly from low VOC-concentration indoor air streams. In this study composite structure of zeolite and metal organic frameworks(MOFs),referred as ZMF,has been fabricated by immobilization of fine MOF-199 powder on foam shaped Zeolite Socony Mobil-5(ZSM-5)Zeolitic structure,referred as ZF. The ZMF possess a uniform and well-dispersed coating of MOF-199 on the porous framework of ZF. It shows higher surface area,pore volume,and VOCs adsorption capacity,as compared to ZF-structure.Post-fabrication changes in selective adsorption properties of ZMF were studied with three common indoor VOCs(benzene,n-hexane,and cyclohexane),using gravimetric adsorption technique. The adsorption capacity of ZMF with different VOCs follow the order of benzene n-hexane cyclohexane. In comparison with MOF-199 and ZF,the composite structure ZMF shows improvement in selectivity for benzene from other two VOCs. Further,improvement in efficiency and stability of prepared ZMF was found to be associated with its high MOF loading capacity and unique morphological and structural properties. The developed composite structure with improved VOCs removal and recyclability could be a promising material for small to limited scale air pollution treatment units.     

Development of metal organic framework-199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs

Reticulated foam shaped adsorbents are more efficient for the removal of volatile organic compounds (VOCs), particularly from low VOC-concentration indoor air streams. In this study composite structure of zeolite and metal organic frameworks (MOFs), referred as ZMF, has been fabricated by immobilization of fine MOF-199 powder on foam shaped Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5) Zeolitic structure, referred as ZF. The ZMF possess a uniform and well-dispersed coating of MOF-199 on the porous framework of ZF. It shows higher surface area, pore volume, and VOCs adsorption capacity, as compared to ZF-structure. Post-fabrication changes in selective adsorption properties of ZMF were studied with three common indoor VOCs (benzene, n-hexane, and cyclohexane), using gravimetric adsorption technique. The adsorption capacity of ZMF with different VOCs follow the order of benzene > n-hexane > cyclohexane. In comparison with MOF-199 and ZF, the composite structure ZMF shows improvement in selectivity for benzene from other two VOCs. Further, improvement in efficiency and stability of prepared ZMF was found to be associated with its high MOF loading capacity and unique morphological and structural properties. The developed composite structure with improved VOCs removal and recyclability could be a promising material for small to limited scale air pollution treatment units.     

吸收法处理挥发性有机物研究进展

挥发性有机物（VOCs）对环境造成严重污染,危害人体健康,已成为全社会共同关注的环境问题。吸收法作为一种重要的VOCs末端处理技术,具有工艺简单、适应性强、二次污染少、投资运行成本低等优势。吸收剂与吸收设备是制约吸收法处理VOCs效率的关键因素,在介绍VOCs的危害及常见治理技术的基础上,简述4类常用VOCs吸收剂（有机溶剂、表面活性剂、微乳液及离子液体）与2种常用VOCs吸收设备（填料塔与超重力旋转填料床）的最新国内外研究成果,概述VOCs吸收剂再生与重复利用的方法。最后,针对吸收法处理VOCs目前存在的问题,提出了今后的重点研发方向。     

MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究进展

大气中挥发性有机物（VOCs）严重威胁生态环境和人类健康,其治理迫在眉睫。吸附法因操作简单、效率高、能耗低等优势成为目前处理VOCs最经济有效的方法之一。但传统吸附材料如分子筛、活性炭、硅藻土等存在吸附容量小、易堵塞、选择性低且再生困难等问题。因此,发展高效稳定的VOCs吸附材料仍是目前的研究热点。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种比表面积高、孔道结构丰富的新型多孔材料,在VOCs吸附净化方面具有良好的应用潜力。针对近10年MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究,从MOFs的结构和特点出发,详述MOFs的分类及其复合材料的类型,基于MOFs基多孔材料吸附VOCs过程中的影响因素和机制,对其在VOCs吸附应用方面的研究进展进行总结,并对其在该领域的未来发展进行展望。     

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.     

吸收法处理玉米深加工过程异味气体的实验研究

为解决玉米深加工过程中产生的异味气体造成的环境污染问题,采用吸收法对玉米深加工的废气中VOCs进行了处理实验,分别测定了不同吸收剂(清水、3%碱液、1.25%硫酸、森林之源除臭剂、烷基苯磺酸钠溶液、非离子型相转移试剂X溶液)对VOCs的去除效果,并和生物洗涤法进行比较分析,其中,0.03%非离子型相转移试剂溶液对玉米深加工废气中VOCs可以达到95%以上的去除效果,吸收液可送废水处理设施处理。     

插层水滑石的组装及对对硝基甲苯的吸附

采取一步改性、离子交换和焙烧复原3种方法实现阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)插层Mg3Al-NO3-水滑石(HT)的组装,通过XRD、FT-IR、TEM、TOC、NMR等表征手段对插层水滑石(SDS-HT)进行表征.研究了SDS-HT吸附对硝基甲苯的性能及影响因素,探讨了其吸附机理,并定量描述了分配作用和表面吸附对总吸附量的相对贡献.结果表明,3种插层方法均制备了层状结构良好的阴离子黏土,其中焙烧复原法制备的样品SDS含量最多. SDS在SDS-HT中形成了增溶(分配)作用较强的有机相,并影响表面吸附作用和分配作用在吸附过程中的贡献率.3种样品对对硝基甲苯均有良好的吸附作用,在本研究浓度范围内,对硝基甲苯的吸附主要由表面吸附作用提供,焙烧复原法所得样品平衡浓度为162mg/L时的吸附量最大,为44.5mg/g.