地下水曝氣修復過程的三維數(shù)值模擬
摘要
地下水曝氣法是去除揮發(fā)性有機污染物的重要原位修復方法之一,目前已得到廣泛應用,但其現(xiàn)場設計主要依據(jù)經(jīng)驗,缺乏系統(tǒng)的設計標準.為深入了解曝氣去除污染物過程,并為現(xiàn)場設計提供重要參考依據(jù),針對地下水曝氣過程開展了數(shù)值模擬研究.水氣兩相滲流數(shù)值模型以水壓力和氣壓力作為基本未知量,利用達西定律和質(zhì)量守恒原理可以建立水氣兩相滲流過程的控制方程.利用VanGenuchten(VG)模型及Mualem公式,建立滲透系數(shù)-飽和度-基質(zhì)吸力(K-S-P)三者之間的關(guān)系.污染物的去除過程則是在水氣兩相滲流的基礎(chǔ)上,引入污染物的溶質(zhì)運移、相間交換及生物降解模型.采用開發(fā)的有限元數(shù)值模型,對地下水曝氣過程及污染物去除過程進行三維數(shù)值模擬,并將三維數(shù)值模擬的結(jié)果與二維數(shù)值模擬的結(jié)果進行對比.結(jié)果表明,三維模型的曝氣影響區(qū)域偏小,在曝氣口附近,水有效飽和度最小;在曝氣口上方,水飽和度先增大后減小.考慮氣體所受的浮力作用或不考慮氣體可壓縮性均會使計算得到的曝氣影響區(qū)域偏小.污染物去除邊界與曝氣影響區(qū)域的邊界基本一致,在曝氣區(qū)域內(nèi),溶質(zhì)交換過程大大促進了污染物的去除速率;在曝氣區(qū)域外,污染物的去除主要通過生物降解作用,去除較慢.結(jié)果表明實際工程地下水曝氣修復系統(tǒng)設計時,應使得曝氣影響區(qū)域覆蓋污染區(qū)域以得到較好的修復效果.研究結(jié)果表明,兩相滲流模型結(jié)合污染物遷移轉(zhuǎn)化模型的三維有限元數(shù)值模擬可以較好地模擬地下水曝氣法去除污染物的全過程,對地下水曝氣的設計、應用與效果評價具有重要指導意義.
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