利用热强化土壤气相抽提技术修复直链烷烃污染土壤的试验研究

摘要

近年来，由于石油开采、运输和石化产业的快速发展，以及加油站的大幅度增设，部分有机物存在于土壤中，对环境和人类具有巨大危害。土壤有机污染在我国日趋严峻。开展土壤石油烃类污染物去除研究具有重要社会意义。作为原位修复技术，土壤气相抽提(Soil Vapor Extraction，SVE)广泛运用于土壤非饱和区挥发(VOCs)及部分半挥发性(SVOCs)有机污染物的清除。然而，当VOCs和SVOCs遭遇慢解吸、慢扩散、气流再次吸附以及常温下的污染物有限挥发时，SVE传质下降而发生拖尾效应。热强化气相抽提技术(T-SVE)能够克服上述传质局限性，显著改善有机物去除效率。　　本文首先以石英砂作为模拟基质，搭建可实时自动化采集温度及压力的二维试验装置，通过温度传感器对基质温度进行即时采集、CMG-STARS软件对土体温度场分布进行数值模拟。在深入比较研究不同置土方法、加热方式以及表面开放或者覆盖（腻子粉）的优缺点之后，决定选用预先置土、持续加热且表面覆盖条件进行后续试验，测试热强化气相抽提技术对基质中正构烷烃的修复效率。正癸烷、正十一烷、正十三烷、正十四烷、正十五烷和正十六烷沙土（石英砂∶棕壤=1∶1）热强化气相抽提去除试验，加热初期，受热区域主要在土筒底部，随着试验进行，受热区域渐及土筒侧壁，并逐步向抽提井管附近扩展。土筒内温度呈现“漏斗状”从外向内、从下往上而逐渐增加。抽排气体污染物浓度分析表明，六种污染物浓度降幅达97％以上。同时，各污染物土壤残留率平均值在15％以下，热强化土壤气相抽提技术适用于这六种正构烷烃污染土壤的修复。然而，由于沙土基质和温度分布的不均质性，各个采样位置污染物土壤浓度变化较大。正十三烷、正十四烷、正十五烷和正十六烷、正十七烷、正十八烷沙土热强化气相抽提去除试验，随污染物沸点和碳原子数的增加，其峰值浓度也相应上升，正十三烷峰值浓度是正十八烷的6倍。沙土中碳原子数较少的污染物抽提比例较高，而碳原子数较多的正构烷烃仍大量残留。在以棕壤为基质，正十三烷、正十四烷、正十五烷和正十六烷、正十七烷、正十八烷为待测污染物的热强化气相抽提去除试验中，随土壤温度升高，六种正构烷烃抽提气体浓度也随之增加。随污染物沸点上升，抽排气体浓度达到峰值的时间逐渐延长。各污染物的土壤残留率平均值在5％以下，热强化气相抽提能够很好地去除这六种污染物。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 直链有机烃

1．2．2 直链有机烃土壤污染研究现状

1．2．3 土壤污染修复技术

1．2．4 热强化土壤气相抽提技术

1．2．5 热强化土壤气相抽提修复技术运行效率的影响因素

1．3 研究目的和意义

第2章 热强化气相抽提试验土壤加热方式和置土方法

2．1 二维热强化气相抽提试验装置的设计和搭建

2．2 试验基质

2．3 不同加热模式和置土方法对基质温度分布的影响

2．3．1 不同加热模式下基质升温过程

2．3．2 不同置土方式下基质升温过程

2．4 表面开放石英砂温度和压力传感数据采集和模拟

2．5 热强化气相抽提土壤修复技术数值模拟原理和运用

2．6 表面覆盖石英砂温度和压力传感数据采集和模拟

2．7 本章小结

第3章 直链烷烃C10、C11、C13～C16沙土热强化气相抽提去除试验

3．1 供试污染物

3．2 供试土壤基质

3．3 试验装置

3．4 抽排气体采样及污染物测试方法

3．5 土壤样品采集及污染物浓度测试方法

3．6 油浴温度

3．7 土壤温度分布与数值模拟

3．8 抽排气体中污染物浓度

3．9 沙土中剩余污染物含量

3．10 本章小结

第4章 直链烷烃C13～C18沙土热强化气相抽提去除试验

4．1 试验条件

4．2 油浴温度

4．3 土壤温度分布

4．4 抽排气体中污染物浓度

4．5 沙土剩余污染物含量

4．6 本章小结

第5章 直链烷烃C13～C18棕壤热强化气相抽提去除试验

5．1 试验条件

5．2 油浴温度

5．3 土壤温度分布与数值模拟

5．4 抽排气体中污染物浓度

5．5 土壤剩余污染物含量

5．6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

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