土壤与地下水原位修复聚合物增强修复剂传输波及效率及污染物去除机制研究

It is often necessary to inject surfactants/oxidants and other remdiation agent to remove the contaminants for in-situ soil and groundwater remediation. However, the serious heterogeneity of soil and aquifer media has adverse impact on the uniform transmission of remediation agent in the medium, which is also an important factor to restrict the development of in-situ remediation technology. Therefore, this study aims to increase the sweep efficiency of remediation agent in heterogeneous medium for in-situ soil and groundwater remediation, optimizing the injection of remediation liquid, aiming at not exacerbating pollution plume (source) migration, tries to investigate the microscopic mechanism of enhancing sweep efficiency for polymer solution carrier transporting in porous media by mean of non linear relationship of viscosity and deformation based on non-Newtonian fluid mechanics and theory of seepage in porous media, identify the influencing factors of transmission sweep efficiency and the variation pattern, determine the fluidity ratio between polymer solution and contaminants for optimal conditions of remediation agent transport. Develop mathematical model to simulate the transportation of remediation agent in the heterogeneous medium, calibrate model parameters by meansof experimental results, in order to provide theoretical and experimental support for the actual in situ soil and groundwater pollution remediation.

土壤和地下水污染原位修复中通常需要向污染介质中注入表面活性剂或氧化剂等修复剂来去除污染物以达到修复效果。但是，由于土壤或含水层介质具有严重的非均质性，给修复剂在介质中的均匀传输带来不利影响，这是制约原位修复技术发展的一个重要因素。因此，本研究拟利用聚合物溶液的粘度与流变的非线性关系，以增加土壤与地下水原位修复中修复剂在非均匀介质中传输的波及效率，同时优化修复液注入、确保不加剧污染羽（源）迁移为目标，结合非牛顿流体力学以及多孔介质渗流理论探讨聚合物溶液传输载体增加修复液传输波及效率的微观机理，识别传输波及效率的影响因子并探讨其影响规律，探寻聚合物溶液与污染物优化流度比及修复剂传输的优化条件。并应用数学模型模拟流体在非均匀介质内的流动情况，结合实验结果对模型参数进行校正，为实际土壤与地下水污染修复提供理论依据和实验支持。

由于地下含水层介质普遍具有非均质性，而介质的非均匀性影响着修复剂在受污染区域的传输波及效率（SE），是影响地下水原位修复效率的一项重要因素。本项目以提高含水层非均匀介质中修复液传输波及效率和污染物去除率为目标，具体研究内容及主要结果如下：.（1）选用聚合物黄原胶（xanthan）和聚丙烯酰胺（HPAM）以及修复剂高锰酸钾（KM）和过硫酸钠，开展聚合物耐受性及与氧化剂兼容性研究，包括聚合物溶液粘度时间、温度变化特征及受盐溶液、实际地下水（GW）的影响规律和氧化剂对聚合物粘度的影响及聚合物对氧化剂的消耗，综合评估聚合物-氧化剂混合液的粘度保持率，剪切稀化性能和氧化剂消耗量，筛选出xanthan – KM为最优兼容性组合。.（2）KM注入时，低渗透区溶液的SE仅28.2％；当添加黄原胶，低渗透区域中氧化剂传输波及效率显著提高，各模拟条件下SE最终均达到100％。.（3）当注入KM溶液时，PCE污染物去除率较低。在低孔隙体积数（PV）（≤ 3.0）条件下，去除率随着xanthan浓度的增加而增加。在高PV（≥ 3.0）和高浓度（≥ 1000 mg/L）xanthan条件下，去除率稳定在93％左右。当去除相同量的PCE时，xanthan比HPAM效果更好（最大差值高达28.78％）。.（4）同种介质，加入聚合物浓度越高，粘度增大，渗透系数越小，渗透系数的实测值较理论值偏低，粘度越大，相对偏差越大。同粘度时，介质粒径越小，相对偏差越大。相对偏差量与及聚合物吸附量成正相关关系。.（5）定义了传输均匀性控制系数U，用以表征聚合物对非均匀介质中传输均匀性的控制能力，渗透系数降低比越大，U越大，传输均匀性控制能力越强。.采用xanthan对KM溶液流动均匀性进行控制时，通常聚合物浓度较小时，U随浓度增加而增大，较大浓度时则随浓度增大而减小。中砂/细砂间传输均匀性控制效果最好，最佳添加xanthan浓度为400 mg/L。.（6）将模拟实验结果与对条带分布介质渗透性主导的驱进差异与横向流动机制的理论推导相结合，构建多孔介质中聚合物传输均匀性理论模型，为实际工程提供数据支持和理论指导。