污染土壤原位生物修复中的多相流动传输特性

论文摘要

随着现代工业的迅速发展,油类物质大量被广泛的使用,在油类的储存以及运移过程中因原油泄漏而产生的污染越来越引起人们的重视。对油类物质泄漏而产生的污染物的治理方法有很多种,其中原位生物修复方法由于具有经济、花费少、不产生二次污染、降解彻底、能够大面积治理污染、操作较为简单、人类接触污染物的时间短、不会改变土壤结构、对土壤环境的影响小、能够降解化合物的种类多等诸多优点,使其在石油类污染物降解中得以推广应用。目前,在国外已经有相当数量实际工程应用,而在国内只有少数的报道。本文针对原位生物修复技术中所涉及的气液流动过程进行了流动特性的实验研究和理论研究,主要研究工作和结论如下: 1.本文中首先对所研究的土壤取样并设计了测试实验系统并对所取的土壤进行了测定,得出了土壤的渗透率、密度、颗粒粒径等参数。2.设计并搭建了顶置渗透廊条件下土壤内液体流动特性的实验系统,实验研究了渗透廊内液位高度、渗透廊底面材料厚度等参数对液体渗流流量的影响,以及土壤中的液体饱和度和液膜厚度的分布。实验结果表明增加渗透廊内液位高度及减小渗透廊底部材料的厚度都可以使液体的流量增加;液体流动的Fanning 摩擦因子与Re 的关系与拟合曲线f = 1000 Re较吻合;土壤中的液体饱和度以及液膜厚度随着液体向土壤深处运移而渐渐增大,直至最终达到完全饱和状态。3.建立了顶置渗透廊条件下的液体流动传输降解模型,根据饱和度突变理论以及渗透廊的结构特征,首次赋予渗透廊以饱和度突变功能。计算了渗透廊中液位高度以及渗透廊底面材料厚度两个参数对于液体流量的影响:液位的高度增加以及渗透廊厚度的减小则液体流量会增加,土壤中的饱和度分布和液膜厚度分布具有相同的趋势,即在液体流向土壤深处饱和度会增加直至在最大毛细高度处达到完全饱和。计算结果与相同条件下的实验数据趋势相同,吻合较好。土壤中的污染物浓度逐渐变小,在开始时降解速度很快而随着向下流动降解速度变慢。4.设计并搭建了原位生物修复土壤内气液两相流动特性的可视化实验研究系统。实验结果显示:气体的强制注入会对液体的流量、土壤中液体饱和度的分布以及液膜厚度的分布产生影响,液体流量会显著降低,液体饱和度以及液膜厚度变化趋势趋于平缓。在实验中对气体流动阻力特性进行了测定,在气体流量增大的过程中气体的阻力呈线性增加。5.对强制通风条件下的土壤内气液两相流动传输特性建立了预测模型并进行了计算。对液体流量以及气体流动阻力特性进行了实验验证,结果较为吻合。模型计

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 目录
• 符号说明
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 土壤中污染物种类及分布状态概述
• 1.1.2 生物修复概述
• 1.2 污染土壤生物修复的研究现状
• 1.2.1 污染土壤原位生物修复的研究现状
• 1.2.2 污染土壤其它生物修复方法的研究现状
• 1.2.3 生物修复的工程应用
• 1.3 土壤内流体多相流动传输特性的研究现状
• 1.3.1 土壤中流体多相流动及传输特性的实验研究现状
• 1.3.2 土壤中流体多相流动及传输特性的理论研究现状
• 1.4 本文研究的目的和主要研究内容
• 1.4.1 本文研究的目的及意义
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 2 实验土壤性质的测定
• 2.1 土壤颗粒粒径分布测定
• 2.2 土壤密度的测定
• 2.2.1 干土壤密度的测定
• 2.2.2 非饱和土壤密度的测定
• 2.3 土壤孔隙率的测定
• 2.4 土壤渗透率的测定
• 2.4.1 气体渗透率的测定
• 2.4.2 液体渗透率的测定
• 2.5 测量结果的不确定行分析
• 2.5.1 实验系统的不确定度定义
• 2.5.2 本实验数据的不确定性分析
• 2.6 本章小节
• 3 无强制通风条件下土壤内液体流动特性实验研究
• 3.1 实验装置与实验方法
• 3.1.1 实验系统
• 3.1.2 实验测量方法
• 3.1.3 实验台的调试
• 3.1.4 液体流量的测定
• 3.1.5 液体饱和度的测定
• 3.1.6 液体液膜厚度的测定
• 3.2 实验结果及分析
• 3.2.1 实验台的气液流动特性
• 3.2.2 土壤内液体流量
• 3.2.3 土壤内液体饱和度
• 3.2.4 土壤内液体液膜厚度
• 3.3 测量结果的不确定性分析
• 3.4 本章小节
• 4 无强制通风条件下土壤内液体流动及传输模型
• 4.1 土壤内液体流动及传输模型的建立求解
• 4.1.1 研究对象及简化假设
• 4.1.2 饱和度突变计算
• 4.1.3 土壤中的液体流量计算
• 4.1.4 土壤中的饱和度分布计算
• 4.1.5 土壤中液膜厚度分布计算
• 4.1.6 土壤中污染物的降解计算
• 4.2 理论模型的实验验证
• 4.2.1 土壤液体流量的模型预测与实验验证
• 4.2.2 土壤中饱和度分布的模型预测与实验验证
• 4.2.3 土壤中液膜厚度分布的模型预测与实验验证
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 土壤中的液体流量
• 4.3.2 土壤中的液体饱和度分布
• 4.3.3 土壤中的液膜厚度分布
• 4.3.4 土壤中的污染物浓度分布
• 4.4 本章小节
• 5 强制通气条件下土壤内气液两相流动特性实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置与实验方法
• 5.2.1 实验系统
• 5.2.2 实验测量方法及器材
• 5.2.3 土壤内液体流量测定
• 5.2.4 土壤内液体饱和度测定
• 5.2.5 土壤内气体压损与流量测定
• 5.2.6 土壤内液膜厚度测定
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 实验台气体流动特性
• 5.3.2 液体流量的测定
• 5.3.3 液体在土壤中饱和度分布与流动状态测定
• 5.3.4 液体在土壤中的液膜厚度分布
• 5.3.5 气体在土壤中的流动阻力特性
• 5.3.6 测量结果的不确定性分析
• 5.4 本章小节
• 6 强制通风条件下土壤中气-液两相流动特性模型
• 6.1 引言
• 6.2 土壤中气液两相流动模型的建立
• 6.2.1 研究对象及简化假设
• 6.2.2 土壤中的液体流量的计算
• 6.2.3 气-液两相流动控制方程的确立
• 6.2.4 控制方程边界条件的确定
• 6.2.5 土壤中液体液膜厚度分布
• 6.3 数值求解方法
• 6.3.1 液体流量的求解方法
• 6.3.2 液体饱和度的求解方法
• 6.3.3 气体流量与压损的求解方法
• 6.3.4 液膜厚度的计算
• 6.4 理论模型的实验验证
• 6.4.1 液体流量的实验验证
• 6.4.2 液体在土壤中饱和度分布实验验证
• 6.4.3 气体在土壤中的流动阻力特性实验验证
• 6.5 模型的预测计算结果及分析
• 6.5.1 液体边界饱和度的计算
• 6.5.2 液体初始流量的计算
• 6.5.3 土壤中液体及气体流动阻力特性分布计算
• 6.6 本章小节
• 7 结论
• 7.1 本文主要结论
• 7.2 后续研究工作的展望
• 致 谢
• 参考文献
• 附: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书