表面活性剂强化空气扰动修复中不同介质曝气流量作用及变化规律

采用填装中砂(0.25~0.5mm)、粗砂#1(0.5~1.0mm)、粗砂#2(1.0~2.0mm)的一维砂柱,研究了气流在孔道流和鼓泡流运行方式下,原位空气扰动(AS)技术中曝气流量与空气饱和度和曝气压力的关系,以及添加表面活性剂后的关系变化,并探讨了在中砂介质中表面活性剂的添加对苯污染物去除效率的影响,结果表明:在同一种粒径中,空气饱和度随着曝气流量的升高而增大,最后趋于平稳;相同的曝气流量下,AS技术在地下水中空气饱和度与介质粒径呈负相关关系,而在表面活性剂(SDBS)浓度为200mg/L的地下水中空气饱和度与介质粒径呈正相关关系;这说明AS技术在地下水的修复过程中较粗的介质往往需要较大的曝气流量,而表面活性剂的添加,则可以有效的改变这种情况.曝气压力随着气体流量的上升而线性增加,线性方程的斜率与介质粒径呈负相关关系.当介质粒径为0.5~1.0mm时,在一定表面张力范围内表面张力与空气饱和度呈反比关系,当表面张力大于49m N/m时空气饱和度趋于稳定.当介质粒径为0.25~0.5mm时,表面活性剂的添加可以有效的提高苯污染物的去除效率.     

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.     

复配表面活性剂水溶液处理甲苯气体的研究

以非离子表面活性剂吐温-20(Tween-20)为主表面活性剂,添加助表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及助剂氯化钠,形成复配水溶液吸收剂处理VOCs废气.以甲苯为VOCs的典型代表,研究了Tween-20,Tween-20/SDBS和Tween-20/SDBS/氯化钠3种水溶液吸收剂的临界胶束浓度(CMC)及其对甲苯去除率的影响.结果表明,当表面活性剂浓度达到CMC时,水溶液对甲苯的吸收效果开始明显增强,加入助表面活性剂SDBS和助剂氯化钠有利于甲苯的去除,同时可降低溶液的CMC,减少表面活性剂的用量,降低水溶液吸收法处理VOCs成本.当空气流量G为300mL/min、液体喷淋量L为75mL/min、进口甲苯浓度800mg/m3、温度T为30℃时,分别以Tween-20、Tween-20/SDBS(摩尔比1/4)和Tween-20/SDBS/氯化钠(摩尔比1/4/0.1)的水溶液为吸收剂,且浓度均为1CMC时,甲苯去除率分别为56%、70%和77%,三元复配表面活性剂水溶液的吸收效果最佳.     

十二烷基苯磺酸钠强化抽出处理对地下水中1，2-二氯乙烷的去除效果

对于地下水中的1,2-DCA(1,2-dichloroethane,1,2-二氯乙烷),表面活性剂强化抽出处理是一种十分有效的修复技术.为明确表面活性剂浓度、介质粒径及抽出速率等因素对1,2-DCA修复效果的影响,选取石英砂作为多孔介质,1,2-DCA作为DNAPLs(dense nonaqueous phase liquids,重质非水相液体)代表,SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate,十二烷基苯磺酸钠)作为表面活性剂代表,在二维可视化砂箱中采用染色示踪结合图像分析技术对汇于凹陷弱透水层上的1,2-DCA开展SDBS强化抽出处理试验.结果表明:SDBS对1,2-DCA具有显著增溶作用.4组纯水试验的抽出液中ρ(1,2-DCA)最大值为219.15 mg/L,加入1倍CMC和3倍CMC(CMC为临界胶束浓度)的SDBS后,ρ(1,2-DCA)最大值分别升至650.95和800.44 mg/L.1,2-DCA去除总量随ρ(SDBS)的升高而增加,其中加入3倍CMC的SDBS条件下1,2-DCA的去除总量是纯水试验条件下的1.44～2.06倍.细粒径中的毛细力比粗粒径中更大,并且1,2-DCA的最大污染面积是粗粒径条件下的2.18～3.14倍,1,2-DCA与SDBS溶液接触面积的增大有利于提高SDBS对1,2-DCA的去除效果.同时增加抽出-回注流量可以扩大1,2-DCA与SDBS溶液的接触面积,提高1,2-DCA向溶液中的传质效率,进而提高1,2-DCA的去除效果.研究显示,SDBS强化抽出处理技术能够显著提高地下水中1,2-DCA的去除总量和去除效率.      

表面活性剂对中性氧化铝吸附甲基对硫磷的影响

分别应用离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)改性中性氧化铝对甲基对硫磷这种疏水性环境污染物进行吸附性能研究.结果表明,中性氧化铝对甲基对硫磷的吸附行为与表面活性剂的种类和浓度及环境中pH值有关.原中性氧化铝对甲基对硫磷的吸附能力较小,加入阴离子表面活性剂及调节pH值后其吸附能力增强.氧化铝对3种离子型表面活性剂的吸附性能有所不同,在中性条件下,对SDS的吸附量最大,对CTMAB的吸附量最小;当介质pH为4时,氧化铝对SDS或SDBS的吸附量都有所增大,对CTMAB的吸附量则下降.甲基对硫磷和阴离子表面活性剂同时存在于溶液中时,产生协同效应,使氧化铝对甲基对硫磷的吸附能力有所提高.而阳离子表面活性剂存在下,氧化铝对甲基对硫磷的吸附能力则逐渐下降.     

阴-阳离子表面活性剂对啶虫脒在水溶液中光解的影响

研究了不同浓度的阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)对啶虫脒在水溶液中光解的影响.结果表明,啶虫脒的光反应符合一级反应动力学规律,表面活性剂不直接参与啶虫脒的光反应.SDBS和CTAB对啶虫脒的光反应均有抑制作用,CTAB的抑制作用大于SDBS.当SDBS浓度低于400mg·L-1时,随着浓度的增加,SDBS的抑制作用有增强的趋势,在400mg·L-1时达到最强,而后,随着浓度的增加逐渐减弱.而CTAB的加入量为25mg·L-1时,即产生强烈的抑制作用,抑制率达到62.90%;加入量为50～150mg·L-1时,抑制作用趋于稳定,抑制率为80.36%～87.03%.     

阴离子表面活性剂对微孔曝气氧传质过程影响的研究

阴离子表面活性剂在污水中广泛存在,并对曝气氧传质过程有重要影响.因此,通过试验研究了不同浓度的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)对微孔曝气氧传质过程的影响.结果表明,当表面活性剂SDBS的浓度在0～5.74×10-5mol·L-1之间变化时,氧总转移系数(KLa)和水质修正系数(α)先减小后增大,在浓度为1.43×10-5 mol· L-1左右时最低.对于同一SDBS浓度,通气量越大,α值越大,说明大气量可以部分抵消表面活性剂对传质的不利影响.在低表面活性剂浓度(CsDBs＜ 1.43×10-5 mol· L-1)时,表面张力迅速下降,抑制传质作用占主导,此时KLα减小;随着表面活性剂浓度增大,由于气含率增大所带来的促进传质作用逐渐占主导,此时KLa增大.最终建立KLα和表面张力(γ∞)、气含率(b)之间的多元线性关系方程为:KLα =0.00024γ∞+0.094 b+0.044.     

表面活性剂修饰氧化铋形貌及其超声降解性能研究

本实验分别用阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)以及两种表面活性剂耦合进行修饰氧化铋形貌,并对修饰后的样品进行XRD、EDS、XPS、SEM等表征分析;同时探讨了表面活性剂修饰后的氧化铋在超声作用下对直接大红的最佳投加量和降解性能.结果表明:催化剂的最佳投加量为75 mg,最佳降解性能的样品为阴阳离子表面活性剂耦合修饰的氧化铋;当催化剂投加量为75 mg、初始浓度为10 mg·L-1、超声频率为45 k Hz、功率为100 W时,表面活性剂SDBS与CTAB在比例为1∶1耦合时修饰的氧化铋在20 min内对直接大红的总去除率达到99.4%,比空白实验提高16倍多.     

总溶解性固体及表面活性剂对微孔曝气氧传质过程影响的中试研究

污水中总溶解性固体(TDS)与表面活性剂的浓度是影响微孔曝气性能的两个重要的因素.本研究以中试为基础,分别研究了TDS及表面活性剂浓度变化对微孔曝气氧传质过程中氧转移系数(KLa)的影响.当TDS浓度在0～1000mg·L-1变化时,氧转移系数KLa变化甚微;当TDS浓度从2000mg·L-1增加到8000mg·L-1时,KLa明显增大;当TDS浓度高于8000mg·L-1时,KLa趋于平缓.当表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠(SDBS))的浓度在0～20mg·L-1变化时,KLa先减小,后增大.     

表面活性剂对污染土壤中重金属Cu(Ⅱ)的洗脱试验研究

采用批平衡法比较研究了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚(TX100)及其混合物(SDBS-TX100)对土壤中铜的洗脱作用.重点研究了表面活性剂浓度、清洗时间、溶液pH值、土水比、无机盐等因素对洗脱作用的影响.结果表明,表面活性剂对Cu(Ⅱ)污染土壤的洗脱作用存在较大差异.当表面活性剂初始浓度相同时,单一SDBS较不同质量配比的混合SDBS-TX100和单一TX100洗脱效果好;6 000 mg.L-1SDBS对Cu(Ⅱ)的洗脱效率达到46.3%,分别是同浓度SDBS-TX100(3∶1)、SDBS-TX100(1∶1)、SDBS-TX100(1∶3)和单一TX100洗脱效率的5.8、10.8、10.8和19.3倍;1∶10土水比条件下,清洗时间为24 h时,各表面活性剂体系都达到最好清洗效果;溶液pH值对表面活性剂洗脱Cu(Ⅱ)有显著影响,随着溶液pH值升高,表面活性剂的洗脱能力逐渐下降,强酸性条件下(pH=1.50),洗脱率最高可达95%;土水比越小表面活性剂对土壤中Cu(Ⅱ)的洗脱效果越好;无机盐对表面活性剂的洗脱能力影响不大,但是过量Mg2+(浓度>500...     

蜂窝陶瓷催化臭氧化苯乙酮的研究

研究了蜂窝陶瓷对臭氧化降解苯乙酮效率的影响.结果表明,蜂窝陶瓷显著提高了臭氧化降解苯乙酮的效率,叔丁醇的试验表明该体系遵循.OH氧化机理.蜂窝陶瓷催化臭氧化降解苯乙酮的动力学可分为2个阶段,第一阶段的表观动力学常数为8.77×10-4s-1,Rct为10.34×10-10;第二阶段的表观动力学常数为4.63×10-3s-1,Rct为172.34×10-10.基于降解过程的色度变化和水样原子吸收的分析结果,结合降解动力学可以推测:降解过程中蜂窝陶瓷催化剂中Ti4+的溶出是苯乙酮降解效率提高的主导因素.     

原位空气扰动技术影响因素研究-基于苯污染非均质含水层

通过一维模拟柱实验,研究了分层非均质含水层下不同介质组合对原位空气扰动技术修复苯污染地下水的影响.结果表明：在曝气流量为0.1 L/min,分层非均质的介质渗透系数在同一数量级时,分层情况的改变对污染物的去除效率影响不大;当分层非均质的介质渗透系数不在同一数量级时,下层渗透系数变大会使砂柱上层污染物浓度先升高后降低的现象更加明显,而下层渗透系数变小会使砂柱上下层污染物的去除效率相差不大.分层情况下不同介质组合影响苯的平均去除效率,在分层非均质条件下,气流由低渗透介质进入高渗透介质,污染物的去除速率相对更快,污染物的平均去除效率主要取决于分层非均质上层介质,其污染物平均去除效率曲线与分层非均质上层介质均质大致相同.     

赤泥渗滤液对钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理分析

赤泥渗滤液的高离子强度可以抑制蒙脱石的膨胀,从而导致钠基膨润土黏土衬垫（GCL）的渗透性过强,并无法用作赤泥处理设施中的防渗衬层。通过2种钠基膨润土黏土衬垫与2种赤泥渗滤液的渗透过程,研究强碱性赤泥渗滤液与钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理。结果表明:天然钠基膨润土（Na-GCL）和人工钠化钠基膨润土（Ar-GCL）的渗透系数与赤泥渗滤液的离子强度密切相关,随着离子强度的增加,渗透系数呈递进式系统性增大,对高离子强度的山东赤泥渗滤液的渗透系数最大,分别为7.8×10-7,3.2×10-7 m/s。且两者的渗透系数与膨胀指数呈正相关,SEM扫描的微观结构分析发现,膨润土的膨胀机理控制着其渗透作用。高离子强度会使膨润土中的蒙脱石矿物层间发生渗透性膨胀,并吸收大量的水分,减小孔隙度的同时改变流体的流动路径,从而导致渗透系数提高。该结果可为赤泥堆场底部防渗设计提供更为可靠的理论参考,有效降低我国赤泥堆场渗滤液污染风险。     

地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.     

底栖动物扰动对河床渗透性的影响研究

河床渗透性是影响地表水与地下水相互交换的重要因素,为探究底栖动物扰动对河床渗透性的影响,以渭河干流上5个研究点为例,通过对河床沉积物垂向渗透系数和沉积物粒度进行分析,再结合底栖动物的种类和密度,研究垂向渗透系数与底栖动物之间的相关性,以及底栖动物扰动对河床渗透性的影响.结果表明,沉积物成分分布以沙和砾石为主的草滩,渗透系数达到18.479 m·d-1,底栖动物的生物密度为139 ind·m-2;沉积物成分中粉沙和黏土占很大比重的眉县,渗透系数为2.807 m·d-1,底栖动物的生物密度为2 742 ind·m-2;沉积物粒度分布基本相同的眉县、咸阳、临潼和华县等4个渗透性较差研究点中底栖动物的生物密度和垂向渗透系数均差别较大,但是生物密度和垂向渗透系数呈显著相关性,其两者之间皮尔森相关系数r=0.987.不同研究点影响沉积物渗透性的主要决定因素不同,渗透性较强研究点主要为沉积物颗粒大小,渗透性较差研究点主要为底栖动物扰动;不同研究点内生物密度差别较大,不同生物种类差别也较大;底栖动物的生物扰动能够缓解细小沉积物的阻塞,以使弱渗透性河床沉积物的渗透性增强.     

地下水石油污染曝气治理技术研究

在石油开采区现场考察了地下水石油污染曝气治理效果.结果表明,现场土壤地质条件对曝气气流分布影响很大,气流分布并不与曝气井为轴对称,曝气井左侧影响距离达6 m,右侧仅为4 m;经过40 d的连续曝气,在气流分布密度大的区域,石油去除率高达70%,而在气流分布稀疏的区域,石油去除率只有40%,曝气影响区地下水石油平均去除率为60%;对曝气前后地下水中石油组分进行色质联机分析,表明石油去除效果与石油组分及其性质有关,挥发性高的石油组分容易挥发去除,而挥发性低的石油组分难于挥发去除,因此地下水石油污染曝气治理存在“拖尾效应”.     

表面活性剂强化LiCl溶液灭活空调霉菌的研究

以空调系统中常见的黑曲霉(A.niger)和桔青霉(P.citrinum)孢子为对象,基于单因素全面实验并结合SEM显微观察等方法,探究了添加表面活性剂(异辛醇,2-EH)对LiCl溶液灭霉的强化性能及潜在机理.结果表明:添加微量异辛醇(质量浓度为50×10^-6~300×10^-6)可大幅提高LiCl溶液的灭霉效率,且提升幅度随添加量显著增强,增幅达12.6倍;有效灭霉所必需的LiCl溶液触发浓度由40%(高浓)大幅降低至20%(低浓);异辛醇的强化灭霉作用对中低浓度LiCl溶液尤为显著,在浓度为20%的低浓度LiCl溶液中添加仅300×10^-6g/g (即万分之三)的异辛醇,所研究霉菌孢子的灭活率从7.8%提高至近100%.SEM微观分析显示:微量异辛醇与低浓度LiCl溶液的自身灭霉能力较弱,单独作用于孢子时仅出现轻微皱缩,并无明显结构破坏,但在低浓度LiCl加入微量异辛醇后,孢子出现显著的结构破碎而灭活.研究结果可为提高溶液除湿空调灭霉能力提供新方法与依据.     

表面活性剂对填料曝气塔充氧性能的影响

针对废水中表面活性剂对曝气充氧能力的影响,研究了4种生物填料在表面活性剂存在的三相流环境中的传氧效果.结果表明,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)显著降低了传氧系数KLa(20),且在7×10-5mol/L浓度附近KLa(20)最低.而十六烷基三甲基溴化铵(CTAB) 在3.5×10-5~8.1×10-4mol/L浓度区间却提高了曝气塔的传质系数KLa(20).对比分析了生物粒状填料存在对充氧性能的影响,发现填料对传氧系数KLa(20)均有提高,海绵填料相比清水环境对体系KLa(20)提高了约1倍.研究认为,离子型表面活性剂分子的双电层结构以及液相表面张力对传质效果有影响,生物填料也是提高曝气过程传氧的方法之一.