可滲透反應格柵(Permeable Reactive Barrier,PRB)是一種新興的地下水原位修復(in situ remediation)技術,能夠有效去除地下水中各類污染物質(zhì)。本文首先建立污染物在土壤—地下水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化基本控制方程,并針對所提出的生物固定化雙層PRB結(jié)構(gòu)設計,從過程參數(shù)、相間傳質(zhì)、生物降解和流體力學等方面對地下水中甲基叔丁基醚(MTBE)的復雜修復過程進行了系統(tǒng)研究。 由吸附平衡實驗確定了MTBE在不同粘性土壤中的吸附行為為線性關系;通過土柱彌散實驗計算得到MTBE在夾砂粉質(zhì)粘土中的彌散系數(shù)和阻滯系數(shù),由阻滯系數(shù)僅為1.004可知土壤對MTBE幾乎沒有任何截留和凈化能力。 用滲透儀獲得微生物固定化載體—膨脹珍珠巖的滲透特性;通過靜態(tài)間歇實驗確定了MTBE在膨脹珍珠巖中的吸附規(guī)律符合Freundlich模型,且為一吸熱過程,能夠自發(fā)進行;采用搖瓶振蕩法,確定了MTBE好氧降解條件:溫度20～25℃、pH8.0、接種量1∶10(V/V)。 對過氧化鈣(CaO2)釋氧過程中的pH調(diào)節(jié)表明,一定配比的KH2PO4和(NH4)2SO4可將pH值控制在6.5～8.5范圍;電氣石和飽和區(qū)土壤作為輔助調(diào)節(jié)手段可減少緩沖劑用量,避免地下水二次污染;通過測定混合菌的生長曲線,確定CaO2及其相應配比的培養(yǎng)基能夠滿足好氧微生物的新陳代謝需要。 采用土柱實驗研究了MTBE在雙層PRB系統(tǒng)中的去除過程。通過對pH、溶解氧(DO)、MTBE和叔丁醇(TBA)的濃度監(jiān)測發(fā)現(xiàn),釋氧材料層能夠為系統(tǒng)中微生物提供足夠的DO含量和適宜的pH環(huán)境;固定有微生物的降解層不僅可以去除模擬地下水中的MTBE,其降解產(chǎn)物TBA經(jīng)歷一段積累期后也進一步發(fā)生了降解。根據(jù)污染物在地下水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化基本控制方程,建立了包含對流、水動力彌散、相間傳質(zhì)及生物降解作用的一維PRB傳質(zhì)模型。通過比較模型計算結(jié)果和土柱實驗數(shù)據(jù),表明本文模型能夠描述實驗室的PRB修復過程。 基于連續(xù)性方程和多孔介質(zhì)流體動量方程及MTBE遷移轉(zhuǎn)化模型,采用有限元方法求解,對PRB系統(tǒng)捕獲區(qū)寬度的各種影響因素、MTBE在PRB系統(tǒng)及其附近區(qū)域的濃度分布場進行了二維模擬。模擬結(jié)果可用于指導現(xiàn)場PRB及其附屬設施的設計、安裝以及地下水修復效果的正確評價。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2007
【中圖分類】：X703
【部分圖文】：

術并不能從根本上去除污染環(huán)境中的 MTBE，還有可能造成空氣中 MTBE 的富集。另外考慮到植物根系的觸及范圍和現(xiàn)場生態(tài)環(huán)境等因素的影響，利用植物對較深污染土壤和地下水修復的可行性仍有待考察。1.2.4 生物降解近年來國外興起的原位生物修復油污染土壤的研究與實踐促進了環(huán)境微生物降解MTBE的研究。早期的研究表明，MTBE在厭氧和好氧條件下均難以被微生物降解[65]，但最近大量的研究發(fā)現(xiàn)，在誘導菌或共代謝基質(zhì)存在下，MTBE可以被某些菌種迅速降解，且好氧條件下的代謝速度快于厭氧條件[66-85,13]。Hatzinger等[75]根據(jù)檢測到的中間產(chǎn)物提出了MTBE好氧生物降解的可能途徑，如圖 1-2 所示，其中虛線表示仍未確定的降解途徑。MTBE在好氧條件下首先發(fā)生加氧酶反應，之后或在脫氫酶作用下生成TBF，TBF水解進一步轉(zhuǎn)化為TBA；或在歧化作用下直接生成TBA。

現(xiàn)場PRB系統(tǒng)示意簡圖

污染組分與活性介質(zhì)發(fā)生吸附、沉淀、降解等作用，達到治理污染地下水的目的。圖1-4 為典型的垂直式 PRB 系統(tǒng)示意圖。在一些情況下，污染地下水羽位于含水層的上部，如污染源為包氣帶的輕質(zhì)非水相液體（Light Non-Aqueous Phase Liquids, LNAPL）或揮發(fā)性液體，那么PRB系統(tǒng)只需截斷羽狀體即可。在某些特殊情況下，重質(zhì)非水相液體（DenseNon-Aqueous Phase Liquids, DNAPL）穿過含水層后進入粘土層。由于粘土層中發(fā)育很多裂隙，使得DNAPL穿過粘土層繼續(xù)向下遷移，此時若采取垂直式PRB系統(tǒng)顯然無法截斷污染羽狀流，治理功能失效。為此可以在羽狀流前端的裂隙粘土層中，采用水壓致裂法修建一水平式PRB系統(tǒng)，就可達到與前者同樣的治理效果[112]。圖 1-5 為水平式PRB系統(tǒng)示意圖。13
【引證文獻】

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1 鄧海靜;地下水石油烴生物降解特性及室內(nèi)模擬修復效果研究[D];吉林大學;2011年

本文編號：2876010