地下水曝气（AS）及生物曝气（BS）处理有机污染物的研究

摘要

地下水曝气(AS)和生物曝气(BS)是二十世纪九十年代发展起来的新兴地下水原位修复技术，主要用于处理有机物造成的饱和土壤和地下水污染。其具有成本低、高效率和原位操作等显著优势，在饱和土壤和地下水有机污染修复方面已经得到了广泛应用，国外已有很多AS和BS成功应用的例子。然而在AS和BS的实地应用过程中，系统的设计很大程度上仍然是经验性的，人们对于AS和BS去除污染物的作用机制缺乏深入的了解。本文在此背景下，通过一维实验装置，以甲基叔丁基醚(MTBE)为污染物，对AS和BS的传质过程进行了研究。 AS传质实验中，主要从曝气流量、介质渗透率、曝气方式等三方面进行了研究。通过实验可以看出，大量水相中的MTBE在曝气的开始阶段被去除，在这一阶段之后，残留的MTBE拖延在土壤中，去除变得困难；曝气流量的增加有利于提高MTBE的去除效率，但达到特定曝气流量以后，通过增加曝气流量，将不会使曝气效果有更大的改善；多孔介质的渗透率越大，形成的空气孔道越密，MTBE的去除效率越高；对于粗砂而言，脉冲曝气和连续曝气相比，其曝气效果并没有明显改善，二者的去除效果基本一致，但是在细砂中，脉冲曝气比连续曝气效果要好。 BS传质实验中，主要研究了污染物浓度和菌悬液浓度对去除效率的影响，同时对AS实验和BS实验进行了对比。通过实验可以看出，生物降解在生物曝气过程中，对MTBE的去除起了重要作用，但是在本实验条件下，MTBE分离成气相通过挥发去除仍然是主要的去除过程；本实验条件下MTBE的降解率与MTBE的初始浓度无关，与微生物菌的初始浓度无关；通过AS和BS对比实验可以看出，在高污染物浓度情况下，挥发是主要的去除机制，随着污染物浓度的下降，生物降解的作用越来越明显，特别是在1mg/L浓度以下，BS成为主要的修复机制。 建立了带气液传质边界条件的一维轴扩散模型来预测污染土柱中曝气造成的VOCs的挥发，并借助BIOVENTING软件进行了数值求解。将模拟结果与实验结果进行了分析验证，模拟结果与实验结果吻合良好。

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前言

第一章 文献综述

1.1地下水有机污染现状

1.2 地下水有机污染治理技术

1.2.1物理法

1.2.2水动力控制法

1.2.3抽出处理法

1.2.4原位修复方法

1.3 AS和BS的修复原理

1.3.1 AS的修复原理

1.3.2 BS的修复原理

1.4 AS和BS操作过程的影响因素

1.4.1 AS操作过程的影响因素

1.4.2 BS操作过程的影响因素

1.5本课题的研究内容及意义

1.5.1本课题的研究内容

1.5.2本课题的研究意义

第二章 实验装置与实验参数研究

2.1实验装置的建立

2.2实验材料

2.3实验仪器

2.4砂土渗透率测定

2.5 砂土对有机污染物的吸附研究

2.5.1实验方法

2.5.2平衡吸附类型及实验结果

2.5.3讨论

2.6有机污染物的生物降解研究

2.6.1降解微生物的培养和驯化

2.6.2菌体数目的测定

2.7污染物在土壤体系的有效扩散系数研究

2.8色谱标准曲线的测定

第三章 AS传质实验研究

3.1实验装置及方法

3.1.1实验装置

3.1.2实验试剂和仪器

3.1.3实验方法

3.2 MTBE传质过程研究

3.2.1曝气流量的影响

3.2.2介质渗透率的影响

3.2.3脉冲曝气的影响

3.3本章小节

第四章 BS传质实验研究

4.1实验装置和材料

4.2实验方法

4.3色谱条件

4.4 BS传质过程研究

4.5 BS与AS的对比实验研究

4.6本章小节

第五章 AS理论模型研究

5.1 AS理论研究进展

5.2 理论模型的建立

5.3 模型参数

5.4 一维土柱模拟结果与实验结果的比较

5.5本章小节

第六章 结论

6.1结论

6.2进一步的工作设想

参考文献

附录Ⅰ主要符号说明

致谢

硕士在读期间依次发表的论文