原位曝氣去除地下水中MTBE及數(shù)學(xué)模擬研究.pdf

1、原位曝氣(in situ Air Sparing,AS)是一種新興的地下水原位修復(fù)技術(shù),主要用于處理可揮發(fā)性有機(jī)物造成的飽和土壤和地下水污染.本文以被甲基叔丁基醚(MTBE)污染的地下水作為主要修復(fù)對(duì)象,從理論基礎(chǔ)、過(guò)程參數(shù)、傳質(zhì)影響因素、流體力學(xué)等方面對(duì)原位曝氣的復(fù)雜過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究. 由吸附平衡實(shí)驗(yàn)確定MTBE在砂土中的液.固吸附等溫線為Freundlich關(guān)系,并用非線性最小二乘法擬合得到MTBE在生物降解過(guò)程中基質(zhì)最

2、大利用速率、半飽和常數(shù)及生物得率. 采用間歇實(shí)驗(yàn),確定了MTBE好氧降解的條件:溫度25℃；pH值8.5；接種量30﹪.對(duì)被油污染土壤的土著混合菌進(jìn)行馴化、分離,得到一株降解MTBE的優(yōu)勢(shì)菌MTBE-2,根據(jù)生理生化實(shí)驗(yàn)和16SrDNA測(cè)序結(jié)果,確定出該菌種為蠟狀芽孢桿菌(Bacillus cereus). 采用土柱實(shí)驗(yàn),系統(tǒng)地研究了不同操作條件下AS去除地下水中MTBE污染的影響因素.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:無(wú)生物降解情況下,當(dāng)

3、曝氣流量增加到0.10m<'3>/h時(shí),去除率達(dá)95﹪,為本操作條件的最佳曝氣流量.土壤的滲透率與去除效率有直接關(guān)系,滲透率越大,污染物的去除效率越高,滲透率越小則越易產(chǎn)生"拖尾"現(xiàn)象.在高滲透率介質(zhì)中,間歇曝氣與連續(xù)曝氣二者的去除效果基本一致,而在低滲透率介質(zhì)中,間歇曝氣可以明顯改善連續(xù)曝氣中存在的"拖尾"現(xiàn)象.通過(guò)考察不同初始條件下?lián)]發(fā)率與生物降解率的大小,確定MTBE由水相向空氣孔道中氣相的揮發(fā)是主要的傳質(zhì)機(jī)理.好氧降解微生物的存

4、在,使得通過(guò)曝氣不能去除的較低濃度MTBE修復(fù)的更為徹底. 根據(jù)污染物在地下水中的狀態(tài),提出了包含對(duì)流、水動(dòng)力彌散、相間傳質(zhì)及生物轉(zhuǎn)化等一維AS傳質(zhì)模型.通過(guò)比較模型計(jì)算結(jié)果和土柱實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),表明空氣飽和度的不均勻分布對(duì)修復(fù)影響是不可忽略的.本文模型可以正確預(yù)測(cè)有、無(wú)生物降解的一維AS傳質(zhì)過(guò)程. 在AS動(dòng)量方程基礎(chǔ)上,提出了AS二維流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型,采用有限元法求解,得到了二維非穩(wěn)態(tài)空氣飽和度場(chǎng)、速度場(chǎng)和穩(wěn)態(tài)壓力場(chǎng)分布.結(jié)果