微纳米气泡特性及其在地下水修复中的应用

发布时间：2020-04-24 18:04

【摘要】：地下水的有机污染问题日益严峻，修复工作势在必行。对污染地下水修复技术的研究具有重大的理论和实际意义。本文在综述有机污染地下水原位修复技术的基础上，对传统地下水曝气法的污染修复效果进行分析评价；提出将微纳米气泡应用于地下水原位修复，通过试验研究、理论分析和有限元数值模拟等手段，对微纳米气泡的基本物理特性、在多孔介质中的运移特性以及污染地下水修复过程进行了系统的研究。 采用离心模型试验，对地下水曝气法的影响区域、气体运动方式等进行研究。根据试验结果，完善了地下水曝气修复过程中两相渗流与溶质运移耦合分析的三维数值模型。数值模拟结果表明污染物的去除范围局限于曝气影响区域以内，溶质交换是主要的修复机理。曝气法增加地下水溶解氧的效果有限，生物降解效率较低。 针对地下水曝气法影响范围小、增氧效率低的局限性，提出使用微纳米气泡强化修复技术。微纳米气泡气体传质效率高、存在时间长，可有效提高地下水溶解氧，促进污染地下水的原位修复。自主研制了微纳米气泡细观观测系统，包括相机、显微镜头、激光器、三维可调节支架与图像处理软件等部分。结合粒度分析仪和界面电位分析仪，研究微纳米气泡的基本物理特性和运移特性。通过该系统，获得了微纳米气泡的粒径分布和界面电位特征，验证了微纳米气泡的长期存在时间和高效气体传质效果，获得了微纳米气泡在水体和多孔介质中的运移规律。 提出微纳米气泡在多孔介质中运移的理论模型，微纳米气泡在多孔介质中以胶体运移的方式运动，受到对流、机械弥散以及吸附的影响。在运移过程中，气体逐渐溶解于孔隙水中。开发数值模型，耦合地下水渗流场、微纳米气泡运移场和溶解氧运移场，实现了微纳米气泡水渗流过程的模拟。 提出微纳米气泡强化修复技术的现场应用方案，利用微纳米气泡的高效气体传质以及存在时间长的特性提高微生物的活性，，实现污染物去除。数值模拟结果表明，微纳米气泡可以大范围提高地下水中的溶解氧，提高好氧微生物的活性，有效修复地下水体。 研究表明，微纳米气泡强化修复技术节能高效、环境友好，在有机污染地下水修复中具有极大的应用潜力。
【图文】：

储油设施腐蚀示意图

地下水曝气法修复技术示意图
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X523

【引证文献】

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1 张孜;微纳米气泡协同超声波辅助冷冻液体及固体食品模型的研究[D];华南理工大学;2016年

2 温赞伟;水体气、液纳米结构的基本性质及初步应用[D];华东师范大学;2016年

本文编号：2639227