【摘要】：生物通風(Bioventing, BV)是用于修復不飽和區(qū)土壤中可降解有機污染物的一種新興技術(shù)。本文首先建立了BV的數(shù)學物理基礎,對BV過程中復雜的運移、相間傳質(zhì)、生物降解和多組分污染物相互影響作用及共代謝作用進行了描述,得到基本控制方程。 對來自天津大港油田土壤中的土著混合微生物進行了兩個月左右的培養(yǎng)馴化,然后確定了微生物最佳生長條件,并對混合微生物進行了分離和篩選。 用滲透儀獲得了BV過程的氣相相對滲透率,由吸附平衡實驗確定了苯、甲苯、對二甲苯和三氯乙烯(TCE)的吸附常數(shù)。描述生物降解過程的Monod參數(shù)(基質(zhì)最大利用速率和半飽和常數(shù))及生物得率通過間歇實驗并用非線性最小二乘擬合獲得。 采用土柱實驗研究了單一污染物(甲苯)和多組分污染物(BTX)情況下的揮發(fā)運移及生物降解規(guī)律,對于多種污染物,用間歇實驗探討了基質(zhì)之間的相互作用。以上研究分別在氣-水-固和氣-水-NAPL-固兩種BV體系中進行,當沒有NAPL存在時,生物降解占總?cè)コ廴疚锏?0%左右,而當有NAPL存在時,生物降解貢獻率減少到18%左右。在BV數(shù)學物理模型基礎上,用動力學模型預測一維土柱實驗修復效果,整個通風過程與實驗結(jié)果比較吻合。 系統(tǒng)地研究了不同實驗條件下飽和體系的TCE共代謝降解影響因素,實驗結(jié)果表明甲苯濃度過高或過低都不利于TCE生物降解; TCE濃度過高會對微生物有毒性作用; 低溫會成為降解的限制因素。另外,用土柱實驗研究了以甲烷為生長基質(zhì)共代謝生物通風去除TCE的過程。微生物在消耗甲烷和溶解氧的同時,約有10~15%的TCE被生物降解。提出了一維共代謝生物通風模型,模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)吻合較好。 基于BV動量方程,提出了BV現(xiàn)場修復豎井非穩(wěn)態(tài)流場的數(shù)學模型,采用有限元方法求解,得到不同操作時間下的流場計算結(jié)果�；贐V質(zhì)量守恒方程,將流場模擬結(jié)果與傳質(zhì)方程耦合,采用OS(Operator Splitting)算法對污染物運移過程和生物降解過程進行二維模擬,系統(tǒng)研究了各種操作條件對BV修復效果的影響作用。模擬計算結(jié)果與現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)吻合良好,說明本文所提出的數(shù)學模型能夠?qū)ΜF(xiàn)場BV修復過程進行正確預測和理論指導。
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2004
【分類號】：X53

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