微米活性碳粉在孔隙含水层中的运移研究

Carbon based Injectates (CBI) is an effective and economical technology to remediate organic pollutants in aquifers. But the prediction and control of the transport of activated carbon powder in aqiufer is a key problem. To resolve this problem, this study starts with the factors and their mechanisms affecting the transport of activated carbon power in aquifers, and focus on Microscale Activated Carbon (MAC) which has the best transport ability in porous media, by the methods of physical modeling including column, two dimensional micro model, two dimensional decimeter scale model, field scale physical model, and in situ injectation in aquifers, together with mathmatical modeling and numerical modeling, to investigate the effects of aquifer composition, the speed of injectation,the characteristics of MAC, and the decimeter scale spacial heterogenity on the transport of MAC in aquifers, build up the parameters and numerical models for MAC transport, to achieve the effective prediction of MAC transport in porous aquifers. This study can not only improve the prediction abilities for MAC transport, provide theoretical support for the application of CBI technology in China, but also provide experiences for the studies of the transport of other colloids in porous media.

碳浆注入（CBI）地下水有机污染修复技术已经体现出杰出的修复效果和巨大的成本优势，但活性碳粉在含水层中运移的预测与控制是其面临的关键难题。本研究从探索影响碳粉在含水层中运移的各项因素，以及其影响机理入手，首先将研究目标锁定为迁移能力最强的微米活性碳粉（MAC），然后通过MAC在一维砂柱、二维显微模型、二维分米尺度模型、场地尺度砂箱模型和原位含水层中运移的一系列试验，并结合数学模型构建和数值模拟技术，刻画含水层介质、MAC悬浮液性质，注入流速,以及分米尺度的空间非均质性等对MAC运移的控制机理，获取MAC在含水层中运移的一系列参数，构建模拟和预测模型，实现MAC在各种孔隙含水层中运移的预测。研究成果不但可提升CBI注入过程的预测精度，为该技术在我国的应用提供理论支撑，而且可为其它胶体粒子在孔隙介质中的运移研究提供借鉴。

碳粉注入技术是一种已经得到应用的含水层有机污染修复技术。本项目针对该技术中存在的碳粉注入难度较大，分散不良的问题，开展了不同离子强度条件下，不同粒径的活性碳粉在石英砂中的运移能力研究，获得了一些重要成果。详情如下：.（1）一种商业微米活性碳粉在不添加任何分散剂的条件下，就可以在水中实现较稳定悬浮。.（2）0.2-2μm的活性碳粉在不添加悬浮剂的情况下在水中均有很好的悬浮稳定性。.（3）0.5-2μm活性碳粉有很好的运移性能，而0.2μm的超细活性碳粉运移能力较差。.（4）0.5-2μm的活性碳粉在孔隙介质中的运移距离较远。.如果把悬浮的微米碳粉的浓度降为初始浓度的0.1%作为其运移距离，我们计算出了五种碳粉在3mM NaCl存在时在石英砂中的运移距离。只有0.2μm碳粉的运移距离为0.8米，而其他四种碳粉的运移距离均在3.5米以上。而淡水的矿化度一般在1g/L以下，3mM/L的NaCl浓度比较接近一般的天然地下水的矿化度，因此微米碳粉在天然含水层中的运移能力可能会很强。