本文關(guān)鍵詞：DNAPL污染源識別和多相流及生物堵塞模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著石油化工產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,土壤和地下水中有機(jī)污染問題愈加凸顯,重非水相流體(Dense non-aqueous phase liquid, DNAPL)是含水層中常見的一類有機(jī)污染物,對它的研究己成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。當(dāng)前對DNAPL的研究主要集中在污染源識別、DNAPL在地下介質(zhì)中的遷移規(guī)律及其治理修復(fù)等方面。在進(jìn)行DNAPL污染修復(fù)之前,首先需確定污染源的位置和污染羽的分布范圍,準(zhǔn)確識別污染源的位置能極大提高修復(fù)效率并降低修復(fù)成本。在成功定位污染源后,準(zhǔn)確描述DNAPL在含水層中的遷移規(guī)律能為DNAPL修復(fù)提供直接幫助。在眾多DNAPL污染修復(fù)方法中,生物修復(fù)因環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)有效而被廣泛應(yīng)用,但生物修復(fù)會改變介質(zhì)的滲透性和彌散度,進(jìn)而影響修復(fù)效率。基于此,本文主要進(jìn)行了三方面的研究：1)將一種基于蒙特卡洛隨機(jī)模擬、卡爾曼濾波和模糊集理論的污染源識別算法應(yīng)用到南京某DNAPL污染場地,以利用最少取樣點(diǎn)信息從多個潛在污染源中識別出真實(shí)污染源；2)基于前人在二維砂箱中開展的DNAPL在飽和／非飽和孔隙介質(zhì)中的滲流實(shí)驗(yàn)結(jié)果,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)值模擬,系統(tǒng)研究多相流在孔隙介質(zhì)中的運(yùn)移規(guī)律：3)研究最后基于二維砂箱生物修復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過數(shù)值模擬評估了生物膜和生物產(chǎn)氣對滲透率和彌散度的影響。主要結(jié)論如下：1)將一種基于卡爾曼濾波和蒙特卡洛隨機(jī)模擬的污染源識別算法應(yīng)用到南京某DNAPL污染場地�；趫龅卣{(diào)查,研究選定6個潛在污染源位置,進(jìn)而利用9個監(jiān)測點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)對污染源位置進(jìn)行識別。算法識別得到的2個污染源位置(廢水池處的源#1及PF生產(chǎn)車間的源#4)與場地調(diào)查結(jié)果吻合,表明本算法能有效應(yīng)用到野外的污染源識別問題中。但需指出的是,在此算例研究中,由于場地介質(zhì)的低滲透率,DNAPL污染羽的分布范圍較小,導(dǎo)致有效取樣點(diǎn)信息缺乏,使得在算法識別過程中污染羽只能局部更新,這對算法的收斂及應(yīng)用產(chǎn)生了較大影響。此外,多個真污染源存在、場地的強(qiáng)非均質(zhì)性以及平行地下水流的污染源排列方式也會對算法收斂產(chǎn)生一定影響(如源#2、#3)；算法還依賴于對潛在污染源有一個較好的初始估計。2)基于光透法監(jiān)測二維砂箱多相流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,系統(tǒng)開展了均質(zhì)及非均質(zhì)孔隙介質(zhì)中多相流的數(shù)值模擬,結(jié)果表明數(shù)值模擬在反映多相流運(yùn)移規(guī)律上與光透法監(jiān)測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。在水／氣兩相流和水/DNAPL兩相流中,二者差異主要體現(xiàn)在：實(shí)驗(yàn)結(jié)果中氣體及DNAPL運(yùn)移時均存在不規(guī)則通道和優(yōu)勢流,DNAPL在局部地區(qū)飽和度無規(guī)律性增高,而模擬結(jié)果均顯示流體均勻穩(wěn)定地向上(氣體)或向下(DNAPL)滲流。這些差異主要由人工填砂的“不均勻性”造成。此外,對非均質(zhì)水／氣兩相流的模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果定量分析表明,數(shù)值模擬和光透法得到的12個時刻共5316個局部監(jiān)測點(diǎn)的飽和度數(shù)據(jù)的R。達(dá)0.94,且模擬和光透法所計算氣體總量與排水值亦基本一致,表明從統(tǒng)計角度和局部監(jiān)測點(diǎn)角度,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)光透法結(jié)果均較吻合。而均質(zhì)介質(zhì)水/DNAPL/氣三相流實(shí)驗(yàn)中,TCE從氣體分布區(qū)注入后,縱向遷移受到氣體阻礙,TCE從非飽和帶進(jìn)入飽水帶后,污染羽橫向擴(kuò)散變窄。而模擬結(jié)果中污染羽在飽水帶中橫向擴(kuò)散更寬。這可能與TCE揮發(fā)有關(guān),也可能由當(dāng)前光透法模型中無法同時反映氣體及TCE所導(dǎo)致的光強(qiáng)改變這一局限性所致。3)生物修復(fù)對介質(zhì)滲透性影響主要考慮了生物膜和生物作用產(chǎn)生的氣體對孔隙介質(zhì)滲透性的影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明Taylor模型夸大了生物膜的堵塞效應(yīng)�；赥aylor模型及VG模型計算出的生物膜及氣泡共同影響下的滲透系數(shù)場呈現(xiàn)出明顯的分帶性,砂箱頂部介質(zhì)滲透性主要受氣泡堵塞而顯著減小,底部主要受生物膜堵塞而明顯降低,中部受二者共同影響,但影響均較小,從而使得示蹤劑優(yōu)先從中部遷移。在兩組砂箱中間設(shè)置生物修復(fù)低滲透區(qū),展開溶質(zhì)運(yùn)移模擬,結(jié)果表明生物修復(fù)造成的堵塞可以使修復(fù)效率減少94-98%,可見生物修復(fù)所導(dǎo)致的介質(zhì)滲透率下降可對修復(fù)效率產(chǎn)生極大影響。實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明生物膜和氣泡的存在會增大介質(zhì)彌散度,但影響不大,約增加1倍�；赥-J model 2計算出的生物膜影響下的彌散度與基于T-J model 2和Sato模型計算的生物膜和氣泡共同影響下的彌散度都比實(shí)際彌散度大。這主要是由于T-J model 2和Sato模型都是基于一維砂柱推導(dǎo)出來的,微生物在砂柱中的活動可對水流產(chǎn)生直接影響,而二維砂箱中,地下水在遇到生物活性區(qū)可產(chǎn)生繞流,生物活性區(qū)對水流整體運(yùn)移影響有限。此外考慮了吸附效應(yīng)的數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合較好,說明生物膜和氣泡對示蹤劑的吸附效應(yīng)明顯。
【關(guān)鍵詞】：DNAPL 卡爾曼濾波 污染源搜索 多相流 數(shù)值模擬 生物修復(fù) 生物堵塞
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X523
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 選題背景及意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在問題14-19
• 1.2.1 DNAPL污染源識別研究現(xiàn)狀及存在問題14-16
• 1.2.2 多相流模擬研究現(xiàn)狀及存在問題16-17
• 1.2.3 生物修復(fù)對介質(zhì)性質(zhì)影響的研究現(xiàn)狀及存在問題17-19
• 1.3 研究內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)19-21
• 第二章 DNAPL污染源識別算法及其應(yīng)用21-42
• 2.1 引言21-22
• 2.2 方法22-26
• 2.3 場地應(yīng)用26-34
• 2.3.1 場地信息26-30
• 2.3.2 基本假設(shè)30-32
• 2.3.3 場地地下水流及污染物運(yùn)移數(shù)值模擬32-34
• 2.4 結(jié)果與討論34-40
• 2.4.1 搜索結(jié)果34-35
• 2.4.2 討論35-40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第三章 多相流(DNAPL/水/氣)數(shù)值模擬研究42-70
• 3.1 引言42-43
• 3.2 方法43-46
• 3.2.1 砂箱實(shí)驗(yàn)及光透法介紹43-45
• 3.2.2 模擬軟件簡介45
• 3.2.3 多相流控制方程45-46
• 3.3 水/氣兩相流數(shù)值模擬46-57
• 3.3.1 均質(zhì)孔隙介質(zhì)中水/氣兩相流數(shù)值模擬47-49
• 3.3.2 非均質(zhì)孔隙介質(zhì)中水/氣兩相流數(shù)值模擬49-57
• 3.4 水/DNAPL兩相流數(shù)值模擬57-64
• 3.4.1 均質(zhì)孔隙介質(zhì)中水/DNAPL兩相流數(shù)值模擬57-59
• 3.4.2 非均質(zhì)孔隙介質(zhì)中水/DNAPL兩相流數(shù)值模擬59-64
• 3.5 水/DNAPL/氣三相模擬64-67
• 3.5.1 實(shí)驗(yàn)簡介及模擬過程64
• 3.5.2 結(jié)果與討論64-67
• 3.6 本章小結(jié)67-70
• 第四章 生物修復(fù)對介質(zhì)滲透率及彌散度的影響70-94
• 4.1 引言70-72
• 4.2 示蹤實(shí)驗(yàn)72
• 4.3 生物修復(fù)對孔隙介質(zhì)滲透率的影響72-84
• 4.3.1 生物膜影響下的滲透率場變化(K2)72-75
• 4.3.2 生物膜及氣泡共同影響下的滲透率場變化(K3)75-77
• 4.3.3 不同滲透率下的穿透曲線77-82
• 4.3.4 滲透率下降對生物修復(fù)效率的影響82-84
• 4.4 生物修復(fù)對孔隙介質(zhì)彌散度的影響84-92
• 4.4.1 生物膜影響下的彌散度場(D2)84-85
• 4.4.2 生物膜及氣泡共同影響下的彌散度場(D3)85-87
• 4.4.3 不同彌散度場的穿透曲線87-92
• 4.5 本章小結(jié)92-94
• 第五章 結(jié)論及建議94-97
• 5.1 結(jié)論94-96
• 5.2 建議96-97
• 參考文獻(xiàn)97-107
• 致謝107-108

【相似文獻(xiàn)】

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1 莫龍庭;DNAPL污染源識別和多相流及生物堵塞模擬研究[D];南京大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：DNAPL污染源識別和多相流及生物堵塞模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：257816