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地下水曝气法的模型试验研究

作　者: 刘燕
导　师: 胡黎明
学　校: 清华大学
专　业: 土木工程
关键词: 地下水曝气法离心模型试验单井影响区域渗气夹角
分类号: X523
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

挥发性有机污染物是土壤和地下水中的重要污染物,发展土壤和地下水修复技术对人类环境的可持续发展具有重要的意义。地下水曝气法是有效的土壤地下水修复技术。本文采用不同粒径级配的高强度喷丸玻璃珠模拟自然砂土,进行了常规模型试验和离心模型试验,研究了曝气过程中的气体运动规律,分析了曝气压力与气体流量、单井影响区域的关系。本文取得了如下研究成果:1.常规模型试验和离心模型试验研究表明:1)多孔介质粒径级配决定气体的运动方式,颗粒粒径较大时气体以独立气泡方式运动,粒径较小时气体以离散的微通道方式运动;试样孔隙的不均匀性会影响气体的运动方式。2)单井影响区域形状与粒径、曝气压力等因素无关,为锥面形;而曝气影响区域大小受粒径、曝气压力等因素的影响明显,粒径越大,曝气影响区域越小;存在曝气压力临界值,达到该值之前,影响区域随曝气压力增大而增大,曝气压力达到该值后,影响区域大小趋于稳定。3)与试验中实测的曝气压力值相比,过去研究者提出的理论计算公式确定的最大曝气压力值偏低,需要修正。4)粒径级配、曝气压力等因素对气体流量有显著的影响,气体流量随曝气压力的增大而增大。5)地下水曝气过程中气体优势流现象和曝气区域附近水面隆起现象明显。2.提出采用最大渗气夹角和理论曝气点描述最大曝气影响区域的大小,认为最大影响区域是以理论曝气点为圆锥顶点、与竖直方向呈一定夹角的圆锥体区域,该方法简单易行,对不同粒径级配的均匀土层均适用。3.常规模型试验还研究了曝气过程中试样平均饱和度的变化以及试样的非均匀性对曝气过程的影响,试验结果表明:曝气试验前后,试样曝气影响区域内的平均饱和度变化受粒径、曝气压力等因素影响很小;试样的非均匀性对单井影响区域有显著影响。4.离心模型试验还研究了不同离心加速度对曝气过程的影响,试验结果表明:离心加速度越大,均匀试样中气体流量越大,气泡在土体中的运动速度越大,单井的曝气影响区域越小。曝气过程中的离心模型相似比有待于进一步深入研究。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-13
  1.1 研究背景  9-12
  1.2 本文的主要工作  12-13
第2章地下水曝气修复技术  13-22
  2.1 地下水曝气法的修复机理  13-14
    2.1.1 溶解作用  13
    2.1.2 挥发作用  13
    2.1.3 对流作用  13-14
    2.1.4 吸附作用  14
    2.1.5 降解作用  14
  2.2 地下水曝气技术的影响因素  14-15
  2.3 地下水曝气系统设计参数  15-16
    2.3.1 曝气压力  15
    2.3.2 气体流速  15-16
    2.3.3 影响区域  16
    2.3.4 曝气持续时间  16
  2.4 研究进展  16-20
    2.4.1 试验研究进展  16-19
    2.4.2 理论研究进展  19-20
  2.5 离心模型研究方法  20-21
  2.6 小结  21-22
第3章常规模型试验  22-55
  3.1 试验材料的选取  22-24
  3.2 试验设备  24-26
    3.2.1 试验模型箱  24-25
    3.2.2 其他设备  25-26
  3.3 试样制备  26
  3.4 试验步骤  26-27
  3.5 均匀土样试验成果  27-47
    3.5.1 0.8-1.0 mm 粒径试样  27-33
    3.5.2 1.5-2.0 mm 粒径试样  33-38
    3.5.3 4.0-5.0 mm 粒径试样  38-42
    3.5.4 0.8-5.0 mm 粒径试样  42-43
    3.5.5 粒径级配对曝气过程的影响  43-47
  3.6 非均匀土样试验成果  47-54
    3.6.1 分层试样  48-52
    3.6.2 含低渗透性夹层试样  52-54
  3.7 小结  54-55
第4章离心模型试验  55-101
  4.1 试验设备  55-56
    4.1.1 土工离心机和数据采集系统  55-56
    4.1.2 控制与检测设备  56
  4.2 试样制备和试验步骤  56-57
  4.3 0.8-1.0 mm 粒径试样  57-64
    4.3.1 气体流量  57-58
    4.3.2 影响区域  58-64
  4.4 1.5-2.0 mm 粒径试样  64-74
    4.4.1 气体流量  64-65
    4.4.2 影响区域  65-73
    4.4.3 气泡运动速度  73-74
  4.5 4.0-5.0 mm 粒径试样  74-84
    4.5.1 气体流量  74-76
    4.5.2 影响区域  76-83
    4.5.3 气泡运动速度  83-84
  4.6 0.8-5.0 mm 粒径试样  84-93
    4.6.1 气体流量  84-86
    4.6.2 影响区域  86-93
  4.7 曝气过程的变化规律  93-99
    4.7.1 曝气压力  93-94
    4.7.2 粒径级配对最大影响区域的影响  94-97
    4.7.3 最大影响区域的定量分析  97-99
    4.7.4 气泡平均速度  99
  4.8 小结  99-101
第5章结论与展望  101-103
  5.1 结论  101-102
  5.2 展望  102-103
参考文献  103-107
致谢  107-108
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  108

地下水曝气法的模型试验研究

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