近年來,烴類土壤污染問題日益嚴(yán)重,在生態(tài)環(huán)境、食品安全和人體健康等方面存在隱患,由于其具有揮發(fā)性和多樣性等特點(diǎn),增加了修復(fù)難度。因而,開發(fā)一套高效的熱強(qiáng)化SVE烴類污染土壤修復(fù)系統(tǒng)至關(guān)重要,而國(guó)內(nèi)目前多停留在單因素實(shí)驗(yàn)和淺層機(jī)理及動(dòng)力學(xué)模型研究,對(duì)最佳運(yùn)行參數(shù)和工藝的設(shè)計(jì)方面缺乏深入研究。論文對(duì)SVE、熱強(qiáng)化SVE和含HC尾氣后處理系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)分析總結(jié)。首先,通過自制的SVE反應(yīng)裝置和蒸汽熱強(qiáng)化SVE反應(yīng)裝置,以尾氣中HC組分濃度達(dá)到限定值所需的修復(fù)時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo),對(duì)烴類污染土壤的修復(fù)過程展開實(shí)驗(yàn)研究,探討氣提氣體(流量、水蒸汽濃度、溫度)、土壤(粒徑、酸堿性)、有機(jī)污染物(類型和濃度)等參數(shù)對(duì)處理速率的影響,并通過響應(yīng)曲面法,對(duì)多種參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。其次,通過紅外光譜儀、比表面積及孔體積測(cè)試儀和掃描電鏡等表征方法檢測(cè)土壤修復(fù)前后的物化性質(zhì),分析SVE法土壤修復(fù)的機(jī)理,并分析土壤結(jié)構(gòu)對(duì)修復(fù)速率的影響。此外,通過實(shí)驗(yàn)和COMSOL軟件模擬,研究原位熱脫附ISTD強(qiáng)化SVE技術(shù)過程中處理速率效果和土壤溫度變化規(guī)律,分析加熱井的布置對(duì)處理過程的影響。最后,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和優(yōu)化后的參數(shù),以提高處理速率和綜合利用烴類內(nèi)能熱為目標(biāo),設(shè)計(jì)一套基于熱強(qiáng)化SVE+吸附法烴類氣體處理+廢氣熱量回用的新型處理系統(tǒng)。SVE修復(fù)土壤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:出口濃度隨通氣時(shí)間的延長(zhǎng)而逐步降低,多種因素對(duì)修復(fù)速率均有影響,綜合分析,溫度是影響去除速率最主要的因素,80mL/min的通氣速率、連續(xù)通氣、80℃的床層溫度為最優(yōu)參數(shù),吹脫時(shí)間為250min。土壤表征實(shí)驗(yàn)表明:污染的土壤紅外光譜圖中有機(jī)物基團(tuán)振動(dòng)強(qiáng)烈;未污染土壤比表面積最大,修復(fù)后土壤由于部分孔結(jié)構(gòu)坍塌導(dǎo)致粒徑下降,為18.968×10~(-3)mm;污染土壤表面更為平整,孔隙數(shù)較少;污染修復(fù)前后三種土壤元素含量不同,O元素呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì),除C、O外整體含量下降,Si、Al下降最嚴(yán)重。蒸汽熱強(qiáng)化SVE修復(fù)土壤實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:采用響應(yīng)曲面法進(jìn)行優(yōu)化,確定最優(yōu)工藝參數(shù):通氣速率81mL/min、土量77mL、水蒸汽濃度14%,模型預(yù)測(cè)最短脫附時(shí)間213.58min,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的平均值是224min,測(cè)定值與預(yù)測(cè)值之間相對(duì)誤差為4.88%;進(jìn)行土壤改性實(shí)驗(yàn),污染物的去除速率為未改性堿改性土酸改性土鹽改性土;不同污染物土壤其修復(fù)速率為正己烷甲醛汽油苯甲苯。修復(fù)處理前后的土壤紅外光譜圖說明,有機(jī)物的峰強(qiáng)度與土壤的酸堿性關(guān)聯(lián)性不高,主要取決于污染物的組分;堿改性土壤比表面積最小,平均是1.137m~2/g,鹽改性土壤比表面積大;加酸改變土壤表面但元素基本一致且O元素變化趨勢(shì)相同,修復(fù)后Si含量下降,金屬元素整體呈上升趨勢(shì)。ISTD強(qiáng)化SVE修復(fù)土壤實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)土量為5kg時(shí),通氣速率2L/min、溫度200℃、土壤污染濃度17280mg/kg的脫附速率最快。溫升實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn):不同加熱介質(zhì)下升溫規(guī)律大致相同,但速率不同,鐵砂氧化鋁;加熱井個(gè)數(shù)相同時(shí),均勻?qū)ΨQ放置對(duì)土壤的平均加熱效果好,隨著加熱井個(gè)數(shù)的增大,土壤升溫速率上升且加熱井的影響范圍越大;四加熱井四角布置最佳。根據(jù)優(yōu)化參數(shù),本文設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)吸附介質(zhì)循環(huán)利用和內(nèi)能的循環(huán)利用;進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析與內(nèi)能循環(huán)計(jì)算,結(jié)果表明土壤中脫附的污染物燃燒產(chǎn)生的熱量足夠系統(tǒng)所需。
【學(xué)位單位】：北京石油化工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X53
【部分圖文】：

圖 1-1 SVE 工作原理示意圖Fig.1-1 Working principle diagram of SVE system20 世紀(jì) 80 年代初，德克薩斯研究院實(shí)地調(diào)研，證明 SVE 其成本不及挖、清洗法的 10%，修復(fù)速率卻是它們的 5 倍以上[20]。由于成本低、可采用裝置、可操作性強(qiáng)、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、可處理多種烴類組分、無(wú)二次污染，術(shù)被美國(guó)環(huán)保局大力倡導(dǎo)應(yīng)用并列為“革命性技術(shù)”[21]。1982-2005 年美國(guó) 1污染場(chǎng)地修復(fù)中，SVE 修復(fù)場(chǎng)地的數(shù)量和土壤體積都位于首位，并且該技美國(guó)“國(guó)家優(yōu)先名錄”污染場(chǎng)地控制項(xiàng)目中占據(jù)了 25%的份額[22]。1982-2002 年美國(guó)超基金組織資助的土壤修復(fù)過程中所使用的修復(fù)技術(shù)統(tǒng)況如圖 1-2 所示，由圖可知 SVE 技術(shù)應(yīng)用最廣占 42%，原位固化修復(fù)技術(shù)他原位修復(fù)技術(shù)所占比例相對(duì)較小。

圖 1-1 SVE 工作原理示意圖Fig.1-1 Working principle diagram of SVE system 80 年代初，德克薩斯研究院實(shí)地調(diào)研，證明 SVE 其 10%，修復(fù)速率卻是它們的 5 倍以上[20]。由于成本作性強(qiáng)、不破壞土壤結(jié)構(gòu)、可處理多種烴類組分、無(wú)保局大力倡導(dǎo)應(yīng)用并列為“革命性技術(shù)”[21]。1982-200復(fù)中，SVE 修復(fù)場(chǎng)地的數(shù)量和土壤體積都位于首位優(yōu)先名錄”污染場(chǎng)地控制項(xiàng)目中占據(jù)了 25%的份額[22]。02 年美國(guó)超基金組織資助的土壤修復(fù)過程中所使用的2 所示，由圖可知 SVE 技術(shù)應(yīng)用最廣占 42%，原位固技術(shù)所占比例相對(duì)較小。

影響運(yùn)行速率的因素和工程應(yīng)用上。 技術(shù)運(yùn)行速率影響因素的研究工程應(yīng)用在，溫度和有機(jī)物的飽和蒸汽壓、土壤含水率的修復(fù)速率，研究人員對(duì)部分運(yùn)行參數(shù)開展了研究。度度是影響污染物飽和蒸汽壓的重要因素，飽和蒸汽壓和及脫除能力的強(qiáng)弱直接相關(guān)。飽和蒸汽壓隨溫度的升高的解吸性逐漸増強(qiáng)，烴類污染土壤的處理速率不斷提吸附態(tài)烴類組分的脫除，利于污染物蒸汽相形成。dieck 等[23]研究了結(jié)合微波加熱的修復(fù)效果，結(jié)果表明壓≥70Pa 時(shí)，土壤的污染物殘留濃度會(huì)非常低。Heron 分別升高 62℃和 77℃時(shí)，有機(jī)物的脫除量増加 2.6 倍和經(jīng)過 37 天的修復(fù)，污染物殘留濃度僅余 0.2%。
【參考文獻(xiàn)】

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